]> bbs.cooldavid.org Git - net-next-2.6.git/blob - Documentation/lguest/lguest.c
Change example launcher to use unsigned long not u32
[net-next-2.6.git] / Documentation / lguest / lguest.c
1 /*P:100 This is the Launcher code, a simple program which lays out the
2  * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and the
3  * virtual devices, then reads repeatedly from /dev/lguest to run the Guest.
4 :*/
5 #define _LARGEFILE64_SOURCE
6 #define _GNU_SOURCE
7 #include <stdio.h>
8 #include <string.h>
9 #include <unistd.h>
10 #include <err.h>
11 #include <stdint.h>
12 #include <stdlib.h>
13 #include <elf.h>
14 #include <sys/mman.h>
15 #include <sys/param.h>
16 #include <sys/types.h>
17 #include <sys/stat.h>
18 #include <sys/wait.h>
19 #include <fcntl.h>
20 #include <stdbool.h>
21 #include <errno.h>
22 #include <ctype.h>
23 #include <sys/socket.h>
24 #include <sys/ioctl.h>
25 #include <sys/time.h>
26 #include <time.h>
27 #include <netinet/in.h>
28 #include <net/if.h>
29 #include <linux/sockios.h>
30 #include <linux/if_tun.h>
31 #include <sys/uio.h>
32 #include <termios.h>
33 #include <getopt.h>
34 #include <zlib.h>
35 /*L:110 We can ignore the 28 include files we need for this program, but I do
36  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
37  *
38  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
39  * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
40  * here.
41  */
42 typedef unsigned long long u64;
43 typedef uint32_t u32;
44 typedef uint16_t u16;
45 typedef uint8_t u8;
46 #include "linux/lguest_launcher.h"
47 #include "asm-x86/e820.h"
48 /*:*/
49
50 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
51 #define NET_PEERNUM 1
52 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
53 #ifndef SIOCBRADDIF
54 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
55 #endif
56 /* We can have up to 256 pages for devices. */
57 #define DEVICE_PAGES 256
58
59 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
60  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
61 static bool verbose;
62 #define verbose(args...) \
63         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
64 /*:*/
65
66 /* The pipe to send commands to the waker process */
67 static int waker_fd;
68 /* The pointer to the start of guest memory. */
69 static void *guest_base;
70 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
71 static unsigned long guest_limit, guest_max;
72
73 /* This is our list of devices. */
74 struct device_list
75 {
76         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
77          * select() to ask which need servicing.*/
78         fd_set infds;
79         int max_infd;
80
81         /* The descriptor page for the devices. */
82         struct lguest_device_desc *descs;
83
84         /* A single linked list of devices. */
85         struct device *dev;
86         /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
87         struct device **lastdev;
88 };
89
90 /* The device structure describes a single device. */
91 struct device
92 {
93         /* The linked-list pointer. */
94         struct device *next;
95         /* The descriptor for this device, as mapped into the Guest. */
96         struct lguest_device_desc *desc;
97         /* The memory page(s) of this device, if any.  Also mapped in Guest. */
98         void *mem;
99
100         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
101          * descriptor is ready. */
102         int fd;
103         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
104
105         /* If handle_output is set, it wants to be called when the Guest sends
106          * DMA to this key. */
107         unsigned long watch_key;
108         u32 (*handle_output)(int fd, const struct iovec *iov,
109                              unsigned int num, struct device *me);
110
111         /* Device-specific data. */
112         void *priv;
113 };
114
115 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
116  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
117  * programs, it's quite boring (which is why everyone likes to hack on the
118  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
119  * will get you through this section.  Or, maybe not.
120  *
121  * The Launcher sets up a big chunk of memory to be the Guest's "physical"
122  * memory and stores it in "guest_base".  In other words, Guest physical ==
123  * Launcher virtual with an offset.
124  *
125  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
126  * use these trivial conversion functions when the Guest gives us it's
127  * "physical" addresses: */
128 static void *from_guest_phys(unsigned long addr)
129 {
130         return guest_base + addr;
131 }
132
133 static unsigned long to_guest_phys(const void *addr)
134 {
135         return (addr - guest_base);
136 }
137
138 /*L:130
139  * Loading the Kernel.
140  *
141  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
142  * error-checking code cluttering the callers: */
143 static int open_or_die(const char *name, int flags)
144 {
145         int fd = open(name, flags);
146         if (fd < 0)
147                 err(1, "Failed to open %s", name);
148         return fd;
149 }
150
151 /* map_zeroed_pages() takes a number of pages. */
152 static void *map_zeroed_pages(unsigned int num)
153 {
154         int fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
155         void *addr;
156
157         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
158          * copied). */
159         addr = mmap(NULL, getpagesize() * num,
160                     PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, fd, 0);
161         if (addr == MAP_FAILED)
162                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero", num);
163
164         return addr;
165 }
166
167 /* Get some more pages for a device. */
168 static void *get_pages(unsigned int num)
169 {
170         void *addr = from_guest_phys(guest_limit);
171
172         guest_limit += num * getpagesize();
173         if (guest_limit > guest_max)
174                 errx(1, "Not enough memory for devices");
175         return addr;
176 }
177
178 /* To find out where to start we look for the magic Guest string, which marks
179  * the code we see in lguest_asm.S.  This is a hack which we are currently
180  * plotting to replace with the normal Linux entry point. */
181 static unsigned long entry_point(const void *start, const void *end,
182                                  unsigned long page_offset)
183 {
184         const void *p;
185
186         /* The scan gives us the physical starting address.  We want the
187          * virtual address in this case, and fortunately, we already figured
188          * out the physical-virtual difference and passed it here in
189          * "page_offset". */
190         for (p = start; p < end; p++)
191                 if (memcmp(p, "GenuineLguest", strlen("GenuineLguest")) == 0)
192                         return to_guest_phys(p + strlen("GenuineLguest"))
193                                 + page_offset;
194
195         errx(1, "Is this image a genuine lguest?");
196 }
197
198 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
199  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
200  * it falls back to reading the memory in. */
201 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
202 {
203         ssize_t r;
204
205         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
206          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
207          * instructions.
208          *
209          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
210          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
211          * Guests. */
212         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
213                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
214                 return;
215
216         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
217         r = pread(fd, addr, len, offset);
218         if (r != len)
219                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
220 }
221
222 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
223  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
224  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
225  *
226  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
227  * address.  The Guest kernel expects to be placed in memory at the physical
228  * address, and the page tables set up so it will correspond to that virtual
229  * address.  We return the difference between the virtual and physical
230  * addresses in the "page_offset" pointer.
231  *
232  * We return the starting address. */
233 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr,
234                              unsigned long *page_offset)
235 {
236         void *start = (void *)-1, *end = NULL;
237         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
238         unsigned int i;
239
240         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
241          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
242         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
243             || ehdr->e_machine != EM_386
244             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
245             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
246                 errx(1, "Malformed elf header");
247
248         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
249          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
250          * load where. */
251
252         /* We read in all the program headers at once: */
253         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
254                 err(1, "Seeking to program headers");
255         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
256                 err(1, "Reading program headers");
257
258         /* We don't know page_offset yet. */
259         *page_offset = 0;
260
261         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
262          * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
263         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
264                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
265                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
266                         continue;
267
268                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
269                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
270
271                 /* We expect a simple linear address space: every segment must
272                  * have the same difference between virtual (p_vaddr) and
273                  * physical (p_paddr) address. */
274                 if (!*page_offset)
275                         *page_offset = phdr[i].p_vaddr - phdr[i].p_paddr;
276                 else if (*page_offset != phdr[i].p_vaddr - phdr[i].p_paddr)
277                         errx(1, "Page offset of section %i different", i);
278
279                 /* We track the first and last address we mapped, so we can
280                  * tell entry_point() where to scan. */
281                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) < start)
282                         start = from_guest_phys(phdr[i].p_paddr);
283                 if (from_guest_phys(phdr[i].p_paddr) + phdr[i].p_filesz > end)
284                         end=from_guest_phys(phdr[i].p_paddr)+phdr[i].p_filesz;
285
286                 /* We map this section of the file at its physical address. */
287                 map_at(elf_fd, from_guest_phys(phdr[i].p_paddr),
288                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
289         }
290
291         return entry_point(start, end, *page_offset);
292 }
293
294 /*L:170 Prepare to be SHOCKED and AMAZED.  And possibly a trifle nauseated.
295  *
296  * We know that CONFIG_PAGE_OFFSET sets what virtual address the kernel expects
297  * to be.  We don't know what that option was, but we can figure it out
298  * approximately by looking at the addresses in the code.  I chose the common
299  * case of reading a memory location into the %eax register:
300  *
301  *  movl <some-address>, %eax
302  *
303  * This gets encoded as five bytes: "0xA1 <4-byte-address>".  For example,
304  * "0xA1 0x18 0x60 0x47 0xC0" reads the address 0xC0476018 into %eax.
305  *
306  * In this example can guess that the kernel was compiled with
307  * CONFIG_PAGE_OFFSET set to 0xC0000000 (it's always a round number).  If the
308  * kernel were larger than 16MB, we might see 0xC1 addresses show up, but our
309  * kernel isn't that bloated yet.
310  *
311  * Unfortunately, x86 has variable-length instructions, so finding this
312  * particular instruction properly involves writing a disassembler.  Instead,
313  * we rely on statistics.  We look for "0xA1" and tally the different bytes
314  * which occur 4 bytes later (the "0xC0" in our example above).  When one of
315  * those bytes appears three times, we can be reasonably confident that it
316  * forms the start of CONFIG_PAGE_OFFSET.
317  *
318  * This is amazingly reliable. */
319 static unsigned long intuit_page_offset(unsigned char *img, unsigned long len)
320 {
321         unsigned int i, possibilities[256] = { 0 };
322
323         for (i = 0; i + 4 < len; i++) {
324                 /* mov 0xXXXXXXXX,%eax */
325                 if (img[i] == 0xA1 && ++possibilities[img[i+4]] > 3)
326                         return (unsigned long)img[i+4] << 24;
327         }
328         errx(1, "could not determine page offset");
329 }
330
331 /*L:160 Unfortunately the entire ELF image isn't compressed: the segments
332  * which need loading are extracted and compressed raw.  This denies us the
333  * information we need to make a fully-general loader. */
334 static unsigned long unpack_bzimage(int fd, unsigned long *page_offset)
335 {
336         gzFile f;
337         int ret, len = 0;
338         /* A bzImage always gets loaded at physical address 1M.  This is
339          * actually configurable as CONFIG_PHYSICAL_START, but as the comment
340          * there says, "Don't change this unless you know what you are doing".
341          * Indeed. */
342         void *img = from_guest_phys(0x100000);
343
344         /* gzdopen takes our file descriptor (carefully placed at the start of
345          * the GZIP header we found) and returns a gzFile. */
346         f = gzdopen(fd, "rb");
347         /* We read it into memory in 64k chunks until we hit the end. */
348         while ((ret = gzread(f, img + len, 65536)) > 0)
349                 len += ret;
350         if (ret < 0)
351                 err(1, "reading image from bzImage");
352
353         verbose("Unpacked size %i addr %p\n", len, img);
354
355         /* Without the ELF header, we can't tell virtual-physical gap.  This is
356          * CONFIG_PAGE_OFFSET, and people do actually change it.  Fortunately,
357          * I have a clever way of figuring it out from the code itself.  */
358         *page_offset = intuit_page_offset(img, len);
359
360         return entry_point(img, img + len, *page_offset);
361 }
362
363 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
364  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We can't do that
365  * because the Guest can't run the unpacking code, and adding features to
366  * lguest kills puppies, so we don't want to.
367  *
368  * The bzImage is formed by putting the decompressing code in front of the
369  * compressed kernel code.  So we can simple scan through it looking for the
370  * first "gzip" header, and start decompressing from there. */
371 static unsigned long load_bzimage(int fd, unsigned long *page_offset)
372 {
373         unsigned char c;
374         int state = 0;
375
376         /* GZIP header is 0x1F 0x8B <method> <flags>... <compressed-by>. */
377         while (read(fd, &c, 1) == 1) {
378                 switch (state) {
379                 case 0:
380                         if (c == 0x1F)
381                                 state++;
382                         break;
383                 case 1:
384                         if (c == 0x8B)
385                                 state++;
386                         else
387                                 state = 0;
388                         break;
389                 case 2 ... 8:
390                         state++;
391                         break;
392                 case 9:
393                         /* Seek back to the start of the gzip header. */
394                         lseek(fd, -10, SEEK_CUR);
395                         /* One final check: "compressed under UNIX". */
396                         if (c != 0x03)
397                                 state = -1;
398                         else
399                                 return unpack_bzimage(fd, page_offset);
400                 }
401         }
402         errx(1, "Could not find kernel in bzImage");
403 }
404
405 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
406  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
407  * coding, we can load those, too. */
408 static unsigned long load_kernel(int fd, unsigned long *page_offset)
409 {
410         Elf32_Ehdr hdr;
411
412         /* Read in the first few bytes. */
413         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
414                 err(1, "Reading kernel");
415
416         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
417         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
418                 return map_elf(fd, &hdr, page_offset);
419
420         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
421         return load_bzimage(fd, page_offset);
422 }
423
424 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
425  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
426  *
427  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
428  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
429 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
430 {
431         /* Add upwards and truncate downwards. */
432         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
433 }
434
435 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
436  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
437  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
438  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
439  *
440  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
441  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
442 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
443 {
444         int ifd;
445         struct stat st;
446         unsigned long len;
447
448         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
449         /* fstat() is needed to get the file size. */
450         if (fstat(ifd, &st) < 0)
451                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
452
453         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
454          * page-aligned, so we round the size up for that. */
455         len = page_align(st.st_size);
456         map_at(ifd, from_guest_phys(mem - len), 0, st.st_size);
457         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
458          * little odd, but quite useful. */
459         close(ifd);
460         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
461
462         /* We return the initrd size. */
463         return len;
464 }
465
466 /* Once we know the address the Guest kernel expects, we can construct simple
467  * linear page tables for all of memory which will get the Guest far enough
468  * into the boot to create its own.
469  *
470  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
471  * know its size). */
472 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
473                                       unsigned long initrd_size,
474                                       unsigned long page_offset)
475 {
476         unsigned long *pgdir, *linear;
477         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
478         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(void *);
479
480         /* Ideally we map all physical memory starting at page_offset.
481          * However, if page_offset is 0xC0000000 we can only map 1G of physical
482          * (0xC0000000 + 1G overflows). */
483         if (mem <= -page_offset)
484                 mapped_pages = mem/getpagesize();
485         else
486                 mapped_pages = -page_offset/getpagesize();
487
488         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
489         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
490
491         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
492         pgdir = from_guest_phys(mem) - initrd_size - getpagesize();
493
494         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
495         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
496
497         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
498          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
499          * Executable. */
500         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
501                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
502
503         /* The top level points to the linear page table pages above.  The
504          * entry representing page_offset points to the first one, and they
505          * continue from there. */
506         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
507                 pgdir[(i + page_offset/getpagesize())/ptes_per_page]
508                         = ((to_guest_phys(linear) + i*sizeof(void *))
509                            | PAGE_PRESENT);
510         }
511
512         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %#lx\n",
513                 mapped_pages, linear_pages, to_guest_phys(linear));
514
515         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
516          * to know where it is. */
517         return to_guest_phys(pgdir);
518 }
519
520 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
521  * between them. */
522 static void concat(char *dst, char *args[])
523 {
524         unsigned int i, len = 0;
525
526         for (i = 0; args[i]; i++) {
527                 strcpy(dst+len, args[i]);
528                 strcat(dst+len, " ");
529                 len += strlen(args[i]) + 1;
530         }
531         /* In case it's empty. */
532         dst[len] = '\0';
533 }
534
535 /* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
536  * the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
537  * the base of guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
538  * top level pagetable, the entry point and the page_offset constant for the
539  * Guest. */
540 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start,
541                        unsigned long page_offset)
542 {
543         unsigned long args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
544                                  (unsigned long)guest_base,
545                                  guest_limit / getpagesize(),
546                                  pgdir, start, page_offset };
547         int fd;
548
549         verbose("Guest: %p - %p (%#lx)\n",
550                 guest_base, guest_base + guest_limit, guest_limit);
551         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
552         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
553                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
554
555         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
556         return fd;
557 }
558 /*:*/
559
560 static void set_fd(int fd, struct device_list *devices)
561 {
562         FD_SET(fd, &devices->infds);
563         if (fd > devices->max_infd)
564                 devices->max_infd = fd;
565 }
566
567 /*L:200
568  * The Waker.
569  *
570  * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
571  * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
572  * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
573  *
574  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
575  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
576  * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
577  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
578  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
579  *
580  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
581  */
582 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd, struct device_list *devices)
583 {
584         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
585          * we watch it, too. */
586         set_fd(pipefd, devices);
587
588         for (;;) {
589                 fd_set rfds = devices->infds;
590                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
591
592                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
593                 select(devices->max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
594                 /* Is it a message from the Launcher? */
595                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
596                         int ignorefd;
597                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
598                          * exited.  We silently follow. */
599                         if (read(pipefd, &ignorefd, sizeof(ignorefd)) == 0)
600                                 exit(0);
601                         /* Otherwise it's telling us there's a problem with one
602                          * of the devices, and we should ignore that file
603                          * descriptor from now on. */
604                         FD_CLR(ignorefd, &devices->infds);
605                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
606                         write(lguest_fd, args, sizeof(args));
607         }
608 }
609
610 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
611 static int setup_waker(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
612 {
613         int pipefd[2], child;
614
615         /* We create a pipe to talk to the waker, and also so it knows when the
616          * Launcher dies (and closes pipe). */
617         pipe(pipefd);
618         child = fork();
619         if (child == -1)
620                 err(1, "forking");
621
622         if (child == 0) {
623                 /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
624                 close(pipefd[1]);
625                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd, device_list);
626         }
627         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
628         close(pipefd[0]);
629
630         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
631         return pipefd[1];
632 }
633
634 /*L:210
635  * Device Handling.
636  *
637  * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
638  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
639  * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
640  * if something funny is going on:
641  */
642 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
643                             unsigned int line)
644 {
645         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
646          * be huge and addr + size might wrap around. */
647         if (addr >= guest_limit || addr + size >= guest_limit)
648                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %li", __FILE__, line, addr);
649         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
650          * safe to use. */
651         return from_guest_phys(addr);
652 }
653 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
654 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
655
656 /* The Guest has given us the address of a "struct lguest_dma".  We check it's
657  * OK and convert it to an iovec (which is a simple array of ptr/size
658  * pairs). */
659 static u32 *dma2iov(unsigned long dma, struct iovec iov[], unsigned *num)
660 {
661         unsigned int i;
662         struct lguest_dma *udma;
663
664         /* First we make sure that the array memory itself is valid. */
665         udma = check_pointer(dma, sizeof(*udma));
666         /* Now we check each element */
667         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS; i++) {
668                 /* A zero length ends the array. */
669                 if (!udma->len[i])
670                         break;
671
672                 iov[i].iov_base = check_pointer(udma->addr[i], udma->len[i]);
673                 iov[i].iov_len = udma->len[i];
674         }
675         *num = i;
676
677         /* We return the pointer to where the caller should write the amount of
678          * the buffer used. */
679         return &udma->used_len;
680 }
681
682 /* This routine gets a DMA buffer from the Guest for a given key, and converts
683  * it to an iovec array.  It returns the interrupt the Guest wants when we're
684  * finished, and a pointer to the "used_len" field to fill in. */
685 static u32 *get_dma_buffer(int fd, void *key,
686                            struct iovec iov[], unsigned int *num, u32 *irq)
687 {
688         unsigned long buf[] = { LHREQ_GETDMA, to_guest_phys(key) };
689         unsigned long udma;
690         u32 *res;
691
692         /* Ask the kernel for a DMA buffer corresponding to this key. */
693         udma = write(fd, buf, sizeof(buf));
694         /* They haven't registered any, or they're all used? */
695         if (udma == (unsigned long)-1)
696                 return NULL;
697
698         /* Convert it into our iovec array */
699         res = dma2iov(udma, iov, num);
700         /* The kernel stashes irq in ->used_len to get it out to us. */
701         *irq = *res;
702         /* Return a pointer to ((struct lguest_dma *)udma)->used_len. */
703         return res;
704 }
705
706 /* This is a convenient routine to send the Guest an interrupt. */
707 static void trigger_irq(int fd, u32 irq)
708 {
709         unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, irq };
710         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
711                 err(1, "Triggering irq %i", irq);
712 }
713
714 /* This simply sets up an iovec array where we can put data to be discarded.
715  * This happens when the Guest doesn't want or can't handle the input: we have
716  * to get rid of it somewhere, and if we bury it in the ceiling space it will
717  * start to smell after a week. */
718 static void discard_iovec(struct iovec *iov, unsigned int *num)
719 {
720         static char discard_buf[1024];
721         *num = 1;
722         iov->iov_base = discard_buf;
723         iov->iov_len = sizeof(discard_buf);
724 }
725
726 /* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
727  * on exit so the user can see what they type next. */
728 static struct termios orig_term;
729 static void restore_term(void)
730 {
731         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
732 }
733
734 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
735 struct console_abort
736 {
737         /* How many times have they hit ^C? */
738         int count;
739         /* When did they start? */
740         struct timeval start;
741 };
742
743 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
744 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
745 {
746         u32 irq = 0, *lenp;
747         int len;
748         unsigned int num;
749         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
750         struct console_abort *abort = dev->priv;
751
752         /* First we get the console buffer from the Guest.  The key is dev->mem
753          * which was set to 0 in setup_console(). */
754         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, iov, &num, &irq);
755         if (!lenp) {
756                 /* If it's not ready for input, warn and set up to discard. */
757                 warn("console: no dma buffer!");
758                 discard_iovec(iov, &num);
759         }
760
761         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
762          * it reads straight into the Guest's buffer. */
763         len = readv(dev->fd, iov, num);
764         if (len <= 0) {
765                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
766                  * something went terribly wrong.  We still go through the rest
767                  * of the logic, though, especially the exit handling below. */
768                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
769                 len = 0;
770         }
771
772         /* If we read the data into the Guest, fill in the length and send the
773          * interrupt. */
774         if (lenp) {
775                 *lenp = len;
776                 trigger_irq(fd, irq);
777         }
778
779         /* Three ^C within one second?  Exit.
780          *
781          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
782          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
783          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
784         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
785                 if (!abort->count++)
786                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
787                 else if (abort->count == 3) {
788                         struct timeval now;
789                         gettimeofday(&now, NULL);
790                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
791                                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
792                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
793                                  * exit. */
794                                 close(waker_fd);
795                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
796                                  * unbreak now. */
797                                 write(fd, args, sizeof(args));
798                                 exit(2);
799                         }
800                         abort->count = 0;
801                 }
802         } else
803                 /* Any other key resets the abort counter. */
804                 abort->count = 0;
805
806         /* Now, if we didn't read anything, put the input terminal back and
807          * return failure (meaning, don't call us again). */
808         if (!len) {
809                 restore_term();
810                 return false;
811         }
812         /* Everything went OK! */
813         return true;
814 }
815
816 /* Handling console output is much simpler than input. */
817 static u32 handle_console_output(int fd, const struct iovec *iov,
818                                  unsigned num, struct device*dev)
819 {
820         /* Whatever the Guest sends, write it to standard output.  Return the
821          * number of bytes written. */
822         return writev(STDOUT_FILENO, iov, num);
823 }
824
825 /* Guest->Host network output is also pretty easy. */
826 static u32 handle_tun_output(int fd, const struct iovec *iov,
827                              unsigned num, struct device *dev)
828 {
829         /* We put a flag in the "priv" pointer of the network device, and set
830          * it as soon as we see output.  We'll see why in handle_tun_input() */
831         *(bool *)dev->priv = true;
832         /* Whatever packet the Guest sent us, write it out to the tun
833          * device. */
834         return writev(dev->fd, iov, num);
835 }
836
837 /* This matches the peer_key() in lguest_net.c.  The key for any given slot
838  * is the address of the network device's page plus 4 * the slot number. */
839 static unsigned long peer_offset(unsigned int peernum)
840 {
841         return 4 * peernum;
842 }
843
844 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device */
845 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
846 {
847         u32 irq = 0, *lenp;
848         int len;
849         unsigned num;
850         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
851
852         /* First we get a buffer the Guest has bound to its key. */
853         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem+peer_offset(NET_PEERNUM), iov, &num,
854                               &irq);
855         if (!lenp) {
856                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
857                  * early, the Guest won't be ready yet.  This is why we set a
858                  * flag when the Guest sends its first packet.  If it's sent a
859                  * packet we assume it should be ready to receive them.
860                  *
861                  * Actually, this is what the status bits in the descriptor are
862                  * for: we should *use* them.  FIXME! */
863                 if (*(bool *)dev->priv)
864                         warn("network: no dma buffer!");
865                 discard_iovec(iov, &num);
866         }
867
868         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
869         len = readv(dev->fd, iov, num);
870         if (len <= 0)
871                 err(1, "reading network");
872
873         /* Write the used_len, and trigger the interrupt for the Guest */
874         if (lenp) {
875                 *lenp = len;
876                 trigger_irq(fd, irq);
877         }
878         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
879                 ((u8 *)iov[0].iov_base)[0], ((u8 *)iov[0].iov_base)[1],
880                 lenp ? "sent" : "discarded");
881         /* All good. */
882         return true;
883 }
884
885 /* The last device handling routine is block output: the Guest has sent a DMA
886  * to the block device.  It will have placed the command it wants in the
887  * "struct lguest_block_page". */
888 static u32 handle_block_output(int fd, const struct iovec *iov,
889                                unsigned num, struct device *dev)
890 {
891         struct lguest_block_page *p = dev->mem;
892         u32 irq, *lenp;
893         unsigned int len, reply_num;
894         struct iovec reply[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
895         off64_t device_len, off = (off64_t)p->sector * 512;
896
897         /* First we extract the device length from the dev->priv pointer. */
898         device_len = *(off64_t *)dev->priv;
899
900         /* We first check that the read or write is within the length of the
901          * block file. */
902         if (off >= device_len)
903                 errx(1, "Bad offset %llu vs %llu", off, device_len);
904         /* Move to the right location in the block file.  This shouldn't fail,
905          * but best to check. */
906         if (lseek64(dev->fd, off, SEEK_SET) != off)
907                 err(1, "Bad seek to sector %i", p->sector);
908
909         verbose("Block: %s at offset %llu\n", p->type ? "WRITE" : "READ", off);
910
911         /* They were supposed to bind a reply buffer at key equal to the start
912          * of the block device memory.  We need this to tell them when the
913          * request is finished. */
914         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, reply, &reply_num, &irq);
915         if (!lenp)
916                 err(1, "Block request didn't give us a dma buffer");
917
918         if (p->type) {
919                 /* A write request.  The DMA they sent contained the data, so
920                  * write it out. */
921                 len = writev(dev->fd, iov, num);
922                 /* Grr... Now we know how long the "struct lguest_dma" they
923                  * sent was, we make sure they didn't try to write over the end
924                  * of the block file (possibly extending it). */
925                 if (off + len > device_len) {
926                         /* Trim it back to the correct length */
927                         ftruncate64(dev->fd, device_len);
928                         /* Die, bad Guest, die. */
929                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, len);
930                 }
931                 /* The reply length is 0: we just send back an empty DMA to
932                  * interrupt them and tell them the write is finished. */
933                 *lenp = 0;
934         } else {
935                 /* A read request.  They sent an empty DMA to start the
936                  * request, and we put the read contents into the reply
937                  * buffer. */
938                 len = readv(dev->fd, reply, reply_num);
939                 *lenp = len;
940         }
941
942         /* The result is 1 (done), 2 if there was an error (short read or
943          * write). */
944         p->result = 1 + (p->bytes != len);
945         /* Now tell them we've used their reply buffer. */
946         trigger_irq(fd, irq);
947
948         /* We're supposed to return the number of bytes of the output buffer we
949          * used.  But the block device uses the "result" field instead, so we
950          * don't bother. */
951         return 0;
952 }
953
954 /* This is the generic routine we call when the Guest sends some DMA out. */
955 static void handle_output(int fd, unsigned long dma, unsigned long key,
956                           struct device_list *devices)
957 {
958         struct device *i;
959         u32 *lenp;
960         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
961         unsigned num = 0;
962
963         /* Convert the "struct lguest_dma" they're sending to a "struct
964          * iovec". */
965         lenp = dma2iov(dma, iov, &num);
966
967         /* Check each device: if they expect output to this key, tell them to
968          * handle it. */
969         for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
970                 if (i->handle_output && key == i->watch_key) {
971                         /* We write the result straight into the used_len field
972                          * for them. */
973                         *lenp = i->handle_output(fd, iov, num, i);
974                         return;
975                 }
976         }
977
978         /* This can happen: the kernel sends any SEND_DMA which doesn't match
979          * another Guest to us.  It could be that another Guest just left a
980          * network, for example.  But it's unusual. */
981         warnx("Pending dma %p, key %p", (void *)dma, (void *)key);
982 }
983
984 /* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
985  * descriptors. */
986 static void handle_input(int fd, struct device_list *devices)
987 {
988         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
989         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
990
991         for (;;) {
992                 struct device *i;
993                 fd_set fds = devices->infds;
994
995                 /* If nothing is ready, we're done. */
996                 if (select(devices->max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
997                         break;
998
999                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable
1000                  * file descriptors and a method of handling them.  */
1001                 for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
1002                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
1003                                 /* If handle_input() returns false, it means we
1004                                  * should no longer service it.
1005                                  * handle_console_input() does this. */
1006                                 if (!i->handle_input(fd, i)) {
1007                                         /* Clear it from the set of input file
1008                                          * descriptors kept at the head of the
1009                                          * device list. */
1010                                         FD_CLR(i->fd, &devices->infds);
1011                                         /* Tell waker to ignore it too... */
1012                                         write(waker_fd, &i->fd, sizeof(i->fd));
1013                                 }
1014                         }
1015                 }
1016         }
1017 }
1018
1019 /*L:190
1020  * Device Setup
1021  *
1022  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
1023  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
1024  * routines to allocate them.
1025  *
1026  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
1027  * table in the devices array just above the Guest's normal memory. */
1028 static struct lguest_device_desc *
1029 new_dev_desc(struct lguest_device_desc *descs,
1030              u16 type, u16 features, u16 num_pages)
1031 {
1032         unsigned int i;
1033
1034         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DEVICES; i++) {
1035                 if (!descs[i].type) {
1036                         descs[i].type = type;
1037                         descs[i].features = features;
1038                         descs[i].num_pages = num_pages;
1039                         /* If they said the device needs memory, we allocate
1040                          * that now. */
1041                         if (num_pages) {
1042                                 unsigned long pa;
1043                                 pa = to_guest_phys(get_pages(num_pages));
1044                                 descs[i].pfn = pa / getpagesize();
1045                         }
1046                         return &descs[i];
1047                 }
1048         }
1049         errx(1, "too many devices");
1050 }
1051
1052 /* This monster routine does all the creation and setup of a new device,
1053  * including caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device
1054  * memory. */
1055 static struct device *new_device(struct device_list *devices,
1056                                  u16 type, u16 num_pages, u16 features,
1057                                  int fd,
1058                                  bool (*handle_input)(int, struct device *),
1059                                  unsigned long watch_off,
1060                                  u32 (*handle_output)(int,
1061                                                       const struct iovec *,
1062                                                       unsigned,
1063                                                       struct device *))
1064 {
1065         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1066
1067         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1068          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1069          * in command-line order.  The first network device on the command line
1070          * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
1071         *devices->lastdev = dev;
1072         dev->next = NULL;
1073         devices->lastdev = &dev->next;
1074
1075         /* Now we populate the fields one at a time. */
1076         dev->fd = fd;
1077         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1078          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1079         if (handle_input)
1080                 set_fd(dev->fd, devices);
1081         dev->desc = new_dev_desc(devices->descs, type, features, num_pages);
1082         dev->mem = from_guest_phys(dev->desc->pfn * getpagesize());
1083         dev->handle_input = handle_input;
1084         dev->watch_key = to_guest_phys(dev->mem) + watch_off;
1085         dev->handle_output = handle_output;
1086         return dev;
1087 }
1088
1089 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1090  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1091 static void setup_console(struct device_list *devices)
1092 {
1093         struct device *dev;
1094
1095         /* If we can save the initial standard input settings... */
1096         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1097                 struct termios term = orig_term;
1098                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1099                  * raw input stream to the Guest. */
1100                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1101                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1102                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1103                  * restored so the user can see what they're typing. */
1104                 atexit(restore_term);
1105         }
1106
1107         /* We don't currently require any memory for the console, so we ask for
1108          * 0 pages. */
1109         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_CONSOLE, 0, 0,
1110                          STDIN_FILENO, handle_console_input,
1111                          LGUEST_CONSOLE_DMA_KEY, handle_console_output);
1112         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1113         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1114         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1115         verbose("device %p: console\n",
1116                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()));
1117 }
1118
1119 /* Setting up a block file is also fairly straightforward. */
1120 static void setup_block_file(const char *filename, struct device_list *devices)
1121 {
1122         int fd;
1123         struct device *dev;
1124         off64_t *device_len;
1125         struct lguest_block_page *p;
1126
1127         /* We open with O_LARGEFILE because otherwise we get stuck at 2G.  We
1128          * open with O_DIRECT because otherwise our benchmarks go much too
1129          * fast. */
1130         fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE|O_DIRECT);
1131
1132         /* We want one page, and have no input handler (the block file never
1133          * has anything interesting to say to us).  Our timing will be quite
1134          * random, so it should be a reasonable randomness source. */
1135         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_BLOCK, 1,
1136                          LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS,
1137                          fd, NULL, 0, handle_block_output);
1138
1139         /* We store the device size in the private area */
1140         device_len = dev->priv = malloc(sizeof(*device_len));
1141         /* This is the safe way of establishing the size of our device: it
1142          * might be a normal file or an actual block device like /dev/hdb. */
1143         *device_len = lseek64(fd, 0, SEEK_END);
1144
1145         /* The device memory is a "struct lguest_block_page".  It's zeroed
1146          * already, we just need to put in the device size.  Block devices
1147          * think in sectors (ie. 512 byte chunks), so we translate here. */
1148         p = dev->mem;
1149         p->num_sectors = *device_len/512;
1150         verbose("device %p: block %i sectors\n",
1151                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), p->num_sectors);
1152 }
1153
1154 /*
1155  * Network Devices.
1156  *
1157  * Setting up network devices is quite a pain, because we have three types.
1158  * First, we have the inter-Guest network.  This is a file which is mapped into
1159  * the address space of the Guests who are on the network.  Because it is a
1160  * shared mapping, the same page underlies all the devices, and they can send
1161  * DMA to each other.
1162  *
1163  * Remember from our network driver, the Guest is told what slot in the page it
1164  * is to use.  We use exclusive fnctl locks to reserve a slot.  If another
1165  * Guest is using a slot, the lock will fail and we try another.  Because fnctl
1166  * locks are cleaned up automatically when we die, this cleverly means that our
1167  * reservation on the slot will vanish if we crash. */
1168 static unsigned int find_slot(int netfd, const char *filename)
1169 {
1170         struct flock fl;
1171
1172         fl.l_type = F_WRLCK;
1173         fl.l_whence = SEEK_SET;
1174         fl.l_len = 1;
1175         /* Try a 1 byte lock in each possible position number */
1176         for (fl.l_start = 0;
1177              fl.l_start < getpagesize()/sizeof(struct lguest_net);
1178              fl.l_start++) {
1179                 /* If we succeed, return the slot number. */
1180                 if (fcntl(netfd, F_SETLK, &fl) == 0)
1181                         return fl.l_start;
1182         }
1183         errx(1, "No free slots in network file %s", filename);
1184 }
1185
1186 /* This function sets up the network file */
1187 static void setup_net_file(const char *filename,
1188                            struct device_list *devices)
1189 {
1190         int netfd;
1191         struct device *dev;
1192
1193         /* We don't use open_or_die() here: for friendliness we create the file
1194          * if it doesn't already exist. */
1195         netfd = open(filename, O_RDWR, 0);
1196         if (netfd < 0) {
1197                 if (errno == ENOENT) {
1198                         netfd = open(filename, O_RDWR|O_CREAT, 0600);
1199                         if (netfd >= 0) {
1200                                 /* If we succeeded, initialize the file with a
1201                                  * blank page. */
1202                                 char page[getpagesize()];
1203                                 memset(page, 0, sizeof(page));
1204                                 write(netfd, page, sizeof(page));
1205                         }
1206                 }
1207                 if (netfd < 0)
1208                         err(1, "cannot open net file '%s'", filename);
1209         }
1210
1211         /* We need 1 page, and the features indicate the slot to use and that
1212          * no checksum is needed.  We never touch this device again; it's
1213          * between the Guests on the network, so we don't register input or
1214          * output handlers. */
1215         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1216                          find_slot(netfd, filename)|LGUEST_NET_F_NOCSUM,
1217                          -1, NULL, 0, NULL);
1218
1219         /* Map the shared file. */
1220         if (mmap(dev->mem, getpagesize(), PROT_READ|PROT_WRITE,
1221                          MAP_FIXED|MAP_SHARED, netfd, 0) != dev->mem)
1222                         err(1, "could not mmap '%s'", filename);
1223         verbose("device %p: shared net %s, peer %i\n",
1224                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), filename,
1225                 dev->desc->features & ~LGUEST_NET_F_NOCSUM);
1226 }
1227 /*:*/
1228
1229 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1230 {
1231         unsigned int byte[4];
1232
1233         sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &byte[0], &byte[1], &byte[2], &byte[3]);
1234         return (byte[0] << 24) | (byte[1] << 16) | (byte[2] << 8) | byte[3];
1235 }
1236
1237 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1238  * network device to the bridge device specified by the command line.
1239  *
1240  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1241  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1242 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1243 {
1244         int ifidx;
1245         struct ifreq ifr;
1246
1247         if (!*br_name)
1248                 errx(1, "must specify bridge name");
1249
1250         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1251         if (!ifidx)
1252                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1253
1254         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1255         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1256         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1257                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1258 }
1259
1260 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1261  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1262  * pointer (in practice, the Host's slot in the network device's memory). */
1263 static void configure_device(int fd, const char *devname, u32 ipaddr,
1264                              unsigned char hwaddr[6])
1265 {
1266         struct ifreq ifr;
1267         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1268
1269         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1270         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1271         strcpy(ifr.ifr_name, devname);
1272         sin->sin_family = AF_INET;
1273         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1274         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1275                 err(1, "Setting %s interface address", devname);
1276         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1277         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1278                 err(1, "Bringing interface %s up", devname);
1279
1280         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1281          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1282          * Simple! */
1283         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1284                 err(1, "getting hw address for %s", devname);
1285         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1286 }
1287
1288 /*L:195 The other kind of network is a Host<->Guest network.  This can either
1289  * use briding or routing, but the principle is the same: it uses the "tun"
1290  * device to inject packets into the Host as if they came in from a normal
1291  * network card.  We just shunt packets between the Guest and the tun
1292  * device. */
1293 static void setup_tun_net(const char *arg, struct device_list *devices)
1294 {
1295         struct device *dev;
1296         struct ifreq ifr;
1297         int netfd, ipfd;
1298         u32 ip;
1299         const char *br_name = NULL;
1300
1301         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1302          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1303          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1304          * works now! */
1305         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1306         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1307         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1308         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1309         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1310                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1311         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1312          * device: trust us! */
1313         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1314
1315         /* We create the net device with 1 page, using the features field of
1316          * the descriptor to tell the Guest it is in slot 1 (NET_PEERNUM), and
1317          * that the device has fairly random timing.  We do *not* specify
1318          * LGUEST_NET_F_NOCSUM: these packets can reach the real world.
1319          *
1320          * We will put our MAC address is slot 0 for the Guest to see, so
1321          * it will send packets to us using the key "peer_offset(0)": */
1322         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1323                          NET_PEERNUM|LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS, netfd,
1324                          handle_tun_input, peer_offset(0), handle_tun_output);
1325
1326         /* We keep a flag which says whether we've seen packets come out from
1327          * this network device. */
1328         dev->priv = malloc(sizeof(bool));
1329         *(bool *)dev->priv = false;
1330
1331         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1332          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1333         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1334         if (ipfd < 0)
1335                 err(1, "opening IP socket");
1336
1337         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1338         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1339                 ip = INADDR_ANY;
1340                 br_name = arg + strlen(BRIDGE_PFX);
1341                 add_to_bridge(ipfd, ifr.ifr_name, br_name);
1342         } else /* It is an IP address to set up the device with */
1343                 ip = str2ip(arg);
1344
1345         /* We are peer 0, ie. first slot, so we hand dev->mem to this routine
1346          * to write the MAC address at the start of the device memory.  */
1347         configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, dev->mem);
1348
1349         /* Set "promisc" bit: we want every single packet if we're going to
1350          * bridge to other machines (and otherwise it doesn't matter). */
1351         *((u8 *)dev->mem) |= 0x1;
1352
1353         close(ipfd);
1354
1355         verbose("device %p: tun net %u.%u.%u.%u\n",
1356                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()),
1357                 (u8)(ip>>24), (u8)(ip>>16), (u8)(ip>>8), (u8)ip);
1358         if (br_name)
1359                 verbose("attached to bridge: %s\n", br_name);
1360 }
1361 /* That's the end of device setup. */
1362
1363 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
1364  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1365 static void __attribute__((noreturn))
1366 run_guest(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
1367 {
1368         for (;;) {
1369                 unsigned long args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1370                 unsigned long arr[2];
1371                 int readval;
1372
1373                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1374                 readval = read(lguest_fd, arr, sizeof(arr));
1375
1376                 /* The read can only really return sizeof(arr) (the Guest did a
1377                  * SEND_DMA to us), or an error. */
1378
1379                 /* For a successful read, arr[0] is the address of the "struct
1380                  * lguest_dma", and arr[1] is the key the Guest sent to. */
1381                 if (readval == sizeof(arr)) {
1382                         handle_output(lguest_fd, arr[0], arr[1], device_list);
1383                         continue;
1384                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1385                 } else if (errno == ENOENT) {
1386                         char reason[1024] = { 0 };
1387                         read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
1388                         errx(1, "%s", reason);
1389                 /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
1390                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1391                 } else if (errno != EAGAIN)
1392                         err(1, "Running guest failed");
1393
1394                 /* Service input, then unset the BREAK which releases
1395                  * the Waker. */
1396                 handle_input(lguest_fd, device_list);
1397                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1398                         err(1, "Resetting break");
1399         }
1400 }
1401 /*
1402  * This is the end of the Launcher.
1403  *
1404  * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
1405  * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
1406  * would be complete... :*/
1407
1408 static struct option opts[] = {
1409         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1410         { "sharenet", 1, NULL, 's' },
1411         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1412         { "block", 1, NULL, 'b' },
1413         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1414         { NULL },
1415 };
1416 static void usage(void)
1417 {
1418         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1419              "[--sharenet=<filename>|--tunnet=(<ipaddr>|bridge:<bridgename>)\n"
1420              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1421              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1422 }
1423
1424 /*L:105 The main routine is where the real work begins: */
1425 int main(int argc, char *argv[])
1426 {
1427         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint, PAGE_OFFSET and size
1428          * of the (optional) initrd. */
1429         unsigned long mem = 0, pgdir, start, page_offset, initrd_size = 0;
1430         /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
1431         int i, c, lguest_fd;
1432         /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
1433         struct device_list device_list;
1434         /* The boot information for the Guest. */
1435         void *boot;
1436         /* If they specify an initrd file to load. */
1437         const char *initrd_name = NULL;
1438
1439         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1440          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1441          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1442          * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
1443          * to the list. */
1444         device_list.max_infd = -1;
1445         device_list.dev = NULL;
1446         device_list.lastdev = &device_list.dev;
1447         FD_ZERO(&device_list.infds);
1448
1449         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1450          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1451          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1452          * of memory now. */
1453         for (i = 1; i < argc; i++) {
1454                 if (argv[i][0] != '-') {
1455                         mem = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1456                         /* We start by mapping anonymous pages over all of
1457                          * guest-physical memory range.  This fills it with 0,
1458                          * and ensures that the Guest won't be killed when it
1459                          * tries to access it. */
1460                         guest_base = map_zeroed_pages(mem / getpagesize()
1461                                                       + DEVICE_PAGES);
1462                         guest_limit = mem;
1463                         guest_max = mem + DEVICE_PAGES*getpagesize();
1464                         device_list.descs = get_pages(1);
1465                         break;
1466                 }
1467         }
1468
1469         /* The options are fairly straight-forward */
1470         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1471                 switch (c) {
1472                 case 'v':
1473                         verbose = true;
1474                         break;
1475                 case 's':
1476                         setup_net_file(optarg, &device_list);
1477                         break;
1478                 case 't':
1479                         setup_tun_net(optarg, &device_list);
1480                         break;
1481                 case 'b':
1482                         setup_block_file(optarg, &device_list);
1483                         break;
1484                 case 'i':
1485                         initrd_name = optarg;
1486                         break;
1487                 default:
1488                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1489                         usage();
1490                 }
1491         }
1492         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1493          * followed by command line arguments for the kernel. */
1494         if (optind + 2 > argc)
1495                 usage();
1496
1497         verbose("Guest base is at %p\n", guest_base);
1498
1499         /* We always have a console device */
1500         setup_console(&device_list);
1501
1502         /* Now we load the kernel */
1503         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY),
1504                             &page_offset);
1505
1506         /* Boot information is stashed at physical address 0 */
1507         boot = from_guest_phys(0);
1508
1509         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1510         if (initrd_name) {
1511                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1512                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1513                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1514                 *(unsigned long *)(boot+0x218) = mem - initrd_size;
1515                 *(unsigned long *)(boot+0x21c) = initrd_size;
1516                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1517                 *(unsigned char *)(boot+0x210) = 0xFF;
1518         }
1519
1520         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1521         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size, page_offset);
1522
1523         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1524          * simple, single region. */
1525         *(char*)(boot+E820NR) = 1;
1526         *((struct e820entry *)(boot+E820MAP))
1527                 = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1528         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1529          * line after the boot header (at address 4096) */
1530         *(u32 *)(boot + 0x228) = 4096;
1531         concat(boot + 4096, argv+optind+2);
1532
1533         /* The guest type value of "1" tells the Guest it's under lguest. */
1534         *(int *)(boot + 0x23c) = 1;
1535
1536         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1537          * /dev/lguest file descriptor. */
1538         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start, page_offset);
1539
1540         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1541          * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
1542          * run the Guest until it tries to output something. */
1543         waker_fd = setup_waker(lguest_fd, &device_list);
1544
1545         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1546         run_guest(lguest_fd, &device_list);
1547 }
1548 /*:*/
1549
1550 /*M:999
1551  * Mastery is done: you now know everything I do.
1552  *
1553  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1554  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1555  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1556  *
1557  * Farewell, and good coding!
1558  * Rusty Russell.
1559  */