]> err.no Git - linux-2.6/blob - Documentation/lguest/lguest.c
Accept elf files that are valid but have sections that can not be mmap'ed for some...
[linux-2.6] / 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  * The only trick: the Makefile links it at a high address so it will be clear
6  * of the guest memory region.  It means that each Guest cannot have more than
7  * about 2.5G of memory on a normally configured Host. :*/
8 #define _LARGEFILE64_SOURCE
9 #define _GNU_SOURCE
10 #include <stdio.h>
11 #include <string.h>
12 #include <unistd.h>
13 #include <err.h>
14 #include <stdint.h>
15 #include <stdlib.h>
16 #include <elf.h>
17 #include <sys/mman.h>
18 #include <sys/param.h>
19 #include <sys/types.h>
20 #include <sys/stat.h>
21 #include <sys/wait.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 <zlib.h>
38 /*L:110 We can ignore the 28 include files we need for this program, but I do
39  * want to draw attention to the use of kernel-style types.
40  *
41  * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
42  * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
43  * here.
44  */
45 typedef unsigned long long u64;
46 typedef uint32_t u32;
47 typedef uint16_t u16;
48 typedef uint8_t u8;
49 #include "linux/lguest_launcher.h"
50 #include "asm-x86/e820.h"
51 /*:*/
52
53 #define PAGE_PRESENT 0x7        /* Present, RW, Execute */
54 #define NET_PEERNUM 1
55 #define BRIDGE_PFX "bridge:"
56 #ifndef SIOCBRADDIF
57 #define SIOCBRADDIF     0x89a2          /* add interface to bridge      */
58 #endif
59
60 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
61  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
62 static bool verbose;
63 #define verbose(args...) \
64         do { if (verbose) printf(args); } while(0)
65 /*:*/
66
67 /* The pipe to send commands to the waker process */
68 static int waker_fd;
69 /* The top of guest physical memory. */
70 static u32 top;
71
72 /* This is our list of devices. */
73 struct device_list
74 {
75         /* Summary information about the devices in our list: ready to pass to
76          * select() to ask which need servicing.*/
77         fd_set infds;
78         int max_infd;
79
80         /* The descriptor page for the devices. */
81         struct lguest_device_desc *descs;
82
83         /* A single linked list of devices. */
84         struct device *dev;
85         /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
86         struct device **lastdev;
87 };
88
89 /* The device structure describes a single device. */
90 struct device
91 {
92         /* The linked-list pointer. */
93         struct device *next;
94         /* The descriptor for this device, as mapped into the Guest. */
95         struct lguest_device_desc *desc;
96         /* The memory page(s) of this device, if any.  Also mapped in Guest. */
97         void *mem;
98
99         /* If handle_input is set, it wants to be called when this file
100          * descriptor is ready. */
101         int fd;
102         bool (*handle_input)(int fd, struct device *me);
103
104         /* If handle_output is set, it wants to be called when the Guest sends
105          * DMA to this key. */
106         unsigned long watch_key;
107         u32 (*handle_output)(int fd, const struct iovec *iov,
108                              unsigned int num, struct device *me);
109
110         /* Device-specific data. */
111         void *priv;
112 };
113
114 /*L:130
115  * Loading the Kernel.
116  *
117  * We start with couple of simple helper routines.  open_or_die() avoids
118  * error-checking code cluttering the callers: */
119 static int open_or_die(const char *name, int flags)
120 {
121         int fd = open(name, flags);
122         if (fd < 0)
123                 err(1, "Failed to open %s", name);
124         return fd;
125 }
126
127 /* map_zeroed_pages() takes a (page-aligned) address and a number of pages. */
128 static void *map_zeroed_pages(unsigned long addr, unsigned int num)
129 {
130         /* We cache the /dev/zero file-descriptor so we only open it once. */
131         static int fd = -1;
132
133         if (fd == -1)
134                 fd = open_or_die("/dev/zero", O_RDONLY);
135
136         /* We use a private mapping (ie. if we write to the page, it will be
137          * copied), and obviously we insist that it be mapped where we ask. */
138         if (mmap((void *)addr, getpagesize() * num,
139                  PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC, MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, 0)
140             != (void *)addr)
141                 err(1, "Mmaping %u pages of /dev/zero @%p", num, (void *)addr);
142
143         /* Returning the address is just a courtesy: can simplify callers. */
144         return (void *)addr;
145 }
146
147 /* To find out where to start we look for the magic Guest string, which marks
148  * the code we see in lguest_asm.S.  This is a hack which we are currently
149  * plotting to replace with the normal Linux entry point. */
150 static unsigned long entry_point(void *start, void *end,
151                                  unsigned long page_offset)
152 {
153         void *p;
154
155         /* The scan gives us the physical starting address.  We want the
156          * virtual address in this case, and fortunately, we already figured
157          * out the physical-virtual difference and passed it here in
158          * "page_offset". */
159         for (p = start; p < end; p++)
160                 if (memcmp(p, "GenuineLguest", strlen("GenuineLguest")) == 0)
161                         return (long)p + strlen("GenuineLguest") + page_offset;
162
163         errx(1, "Is this image a genuine lguest?");
164 }
165
166 /* This routine is used to load the kernel or initrd.  It tries mmap, but if
167  * that fails (Plan 9's kernel file isn't nicely aligned on page boundaries),
168  * it falls back to reading the memory in. */
169 static void map_at(int fd, void *addr, unsigned long offset, unsigned long len)
170 {
171         ssize_t r;
172
173         /* We map writable even though for some segments are marked read-only.
174          * The kernel really wants to be writable: it patches its own
175          * instructions.
176          *
177          * MAP_PRIVATE means that the page won't be copied until a write is
178          * done to it.  This allows us to share untouched memory between
179          * Guests. */
180         if (mmap(addr, len, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
181                  MAP_FIXED|MAP_PRIVATE, fd, offset) != MAP_FAILED)
182                 return;
183
184         /* pread does a seek and a read in one shot: saves a few lines. */
185         r = pread(fd, addr, len, offset);
186         if (r != len)
187                 err(1, "Reading offset %lu len %lu gave %zi", offset, len, r);
188 }
189
190 /* This routine takes an open vmlinux image, which is in ELF, and maps it into
191  * the Guest memory.  ELF = Embedded Linking Format, which is the format used
192  * by all modern binaries on Linux including the kernel.
193  *
194  * The ELF headers give *two* addresses: a physical address, and a virtual
195  * address.  The Guest kernel expects to be placed in memory at the physical
196  * address, and the page tables set up so it will correspond to that virtual
197  * address.  We return the difference between the virtual and physical
198  * addresses in the "page_offset" pointer.
199  *
200  * We return the starting address. */
201 static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr,
202                              unsigned long *page_offset)
203 {
204         Elf32_Phdr phdr[ehdr->e_phnum];
205         unsigned int i;
206         unsigned long start = -1UL, end = 0;
207
208         /* Sanity checks on the main ELF header: an x86 executable with a
209          * reasonable number of correctly-sized program headers. */
210         if (ehdr->e_type != ET_EXEC
211             || ehdr->e_machine != EM_386
212             || ehdr->e_phentsize != sizeof(Elf32_Phdr)
213             || ehdr->e_phnum < 1 || ehdr->e_phnum > 65536U/sizeof(Elf32_Phdr))
214                 errx(1, "Malformed elf header");
215
216         /* An ELF executable contains an ELF header and a number of "program"
217          * headers which indicate which parts ("segments") of the program to
218          * load where. */
219
220         /* We read in all the program headers at once: */
221         if (lseek(elf_fd, ehdr->e_phoff, SEEK_SET) < 0)
222                 err(1, "Seeking to program headers");
223         if (read(elf_fd, phdr, sizeof(phdr)) != sizeof(phdr))
224                 err(1, "Reading program headers");
225
226         /* We don't know page_offset yet. */
227         *page_offset = 0;
228
229         /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
230          * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
231         for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
232                 /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
233                 if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
234                         continue;
235
236                 verbose("Section %i: size %i addr %p\n",
237                         i, phdr[i].p_memsz, (void *)phdr[i].p_paddr);
238
239                 /* We expect a simple linear address space: every segment must
240                  * have the same difference between virtual (p_vaddr) and
241                  * physical (p_paddr) address. */
242                 if (!*page_offset)
243                         *page_offset = phdr[i].p_vaddr - phdr[i].p_paddr;
244                 else if (*page_offset != phdr[i].p_vaddr - phdr[i].p_paddr)
245                         errx(1, "Page offset of section %i different", i);
246
247                 /* We track the first and last address we mapped, so we can
248                  * tell entry_point() where to scan. */
249                 if (phdr[i].p_paddr < start)
250                         start = phdr[i].p_paddr;
251                 if (phdr[i].p_paddr + phdr[i].p_filesz > end)
252                         end = phdr[i].p_paddr + phdr[i].p_filesz;
253
254                 /* We map this section of the file at its physical address. */
255                 map_at(elf_fd, (void *)phdr[i].p_paddr,
256                        phdr[i].p_offset, phdr[i].p_filesz);
257         }
258
259         return entry_point((void *)start, (void *)end, *page_offset);
260 }
261
262 /*L:170 Prepare to be SHOCKED and AMAZED.  And possibly a trifle nauseated.
263  *
264  * We know that CONFIG_PAGE_OFFSET sets what virtual address the kernel expects
265  * to be.  We don't know what that option was, but we can figure it out
266  * approximately by looking at the addresses in the code.  I chose the common
267  * case of reading a memory location into the %eax register:
268  *
269  *  movl <some-address>, %eax
270  *
271  * This gets encoded as five bytes: "0xA1 <4-byte-address>".  For example,
272  * "0xA1 0x18 0x60 0x47 0xC0" reads the address 0xC0476018 into %eax.
273  *
274  * In this example can guess that the kernel was compiled with
275  * CONFIG_PAGE_OFFSET set to 0xC0000000 (it's always a round number).  If the
276  * kernel were larger than 16MB, we might see 0xC1 addresses show up, but our
277  * kernel isn't that bloated yet.
278  *
279  * Unfortunately, x86 has variable-length instructions, so finding this
280  * particular instruction properly involves writing a disassembler.  Instead,
281  * we rely on statistics.  We look for "0xA1" and tally the different bytes
282  * which occur 4 bytes later (the "0xC0" in our example above).  When one of
283  * those bytes appears three times, we can be reasonably confident that it
284  * forms the start of CONFIG_PAGE_OFFSET.
285  *
286  * This is amazingly reliable. */
287 static unsigned long intuit_page_offset(unsigned char *img, unsigned long len)
288 {
289         unsigned int i, possibilities[256] = { 0 };
290
291         for (i = 0; i + 4 < len; i++) {
292                 /* mov 0xXXXXXXXX,%eax */
293                 if (img[i] == 0xA1 && ++possibilities[img[i+4]] > 3)
294                         return (unsigned long)img[i+4] << 24;
295         }
296         errx(1, "could not determine page offset");
297 }
298
299 /*L:160 Unfortunately the entire ELF image isn't compressed: the segments
300  * which need loading are extracted and compressed raw.  This denies us the
301  * information we need to make a fully-general loader. */
302 static unsigned long unpack_bzimage(int fd, unsigned long *page_offset)
303 {
304         gzFile f;
305         int ret, len = 0;
306         /* A bzImage always gets loaded at physical address 1M.  This is
307          * actually configurable as CONFIG_PHYSICAL_START, but as the comment
308          * there says, "Don't change this unless you know what you are doing".
309          * Indeed. */
310         void *img = (void *)0x100000;
311
312         /* gzdopen takes our file descriptor (carefully placed at the start of
313          * the GZIP header we found) and returns a gzFile. */
314         f = gzdopen(fd, "rb");
315         /* We read it into memory in 64k chunks until we hit the end. */
316         while ((ret = gzread(f, img + len, 65536)) > 0)
317                 len += ret;
318         if (ret < 0)
319                 err(1, "reading image from bzImage");
320
321         verbose("Unpacked size %i addr %p\n", len, img);
322
323         /* Without the ELF header, we can't tell virtual-physical gap.  This is
324          * CONFIG_PAGE_OFFSET, and people do actually change it.  Fortunately,
325          * I have a clever way of figuring it out from the code itself.  */
326         *page_offset = intuit_page_offset(img, len);
327
328         return entry_point(img, img + len, *page_offset);
329 }
330
331 /*L:150 A bzImage, unlike an ELF file, is not meant to be loaded.  You're
332  * supposed to jump into it and it will unpack itself.  We can't do that
333  * because the Guest can't run the unpacking code, and adding features to
334  * lguest kills puppies, so we don't want to.
335  *
336  * The bzImage is formed by putting the decompressing code in front of the
337  * compressed kernel code.  So we can simple scan through it looking for the
338  * first "gzip" header, and start decompressing from there. */
339 static unsigned long load_bzimage(int fd, unsigned long *page_offset)
340 {
341         unsigned char c;
342         int state = 0;
343
344         /* GZIP header is 0x1F 0x8B <method> <flags>... <compressed-by>. */
345         while (read(fd, &c, 1) == 1) {
346                 switch (state) {
347                 case 0:
348                         if (c == 0x1F)
349                                 state++;
350                         break;
351                 case 1:
352                         if (c == 0x8B)
353                                 state++;
354                         else
355                                 state = 0;
356                         break;
357                 case 2 ... 8:
358                         state++;
359                         break;
360                 case 9:
361                         /* Seek back to the start of the gzip header. */
362                         lseek(fd, -10, SEEK_CUR);
363                         /* One final check: "compressed under UNIX". */
364                         if (c != 0x03)
365                                 state = -1;
366                         else
367                                 return unpack_bzimage(fd, page_offset);
368                 }
369         }
370         errx(1, "Could not find kernel in bzImage");
371 }
372
373 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
374  * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
375  * coding, we can load those, too. */
376 static unsigned long load_kernel(int fd, unsigned long *page_offset)
377 {
378         Elf32_Ehdr hdr;
379
380         /* Read in the first few bytes. */
381         if (read(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr))
382                 err(1, "Reading kernel");
383
384         /* If it's an ELF file, it starts with "\177ELF" */
385         if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
386                 return map_elf(fd, &hdr, page_offset);
387
388         /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
389         return load_bzimage(fd, page_offset);
390 }
391
392 /* This is a trivial little helper to align pages.  Andi Kleen hated it because
393  * it calls getpagesize() twice: "it's dumb code."
394  *
395  * Kernel guys get really het up about optimization, even when it's not
396  * necessary.  I leave this code as a reaction against that. */
397 static inline unsigned long page_align(unsigned long addr)
398 {
399         /* Add upwards and truncate downwards. */
400         return ((addr + getpagesize()-1) & ~(getpagesize()-1));
401 }
402
403 /*L:180 An "initial ram disk" is a disk image loaded into memory along with
404  * the kernel which the kernel can use to boot from without needing any
405  * drivers.  Most distributions now use this as standard: the initrd contains
406  * the code to load the appropriate driver modules for the current machine.
407  *
408  * Importantly, James Morris works for RedHat, and Fedora uses initrds for its
409  * kernels.  He sent me this (and tells me when I break it). */
410 static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
411 {
412         int ifd;
413         struct stat st;
414         unsigned long len;
415
416         ifd = open_or_die(name, O_RDONLY);
417         /* fstat() is needed to get the file size. */
418         if (fstat(ifd, &st) < 0)
419                 err(1, "fstat() on initrd '%s'", name);
420
421         /* We map the initrd at the top of memory, but mmap wants it to be
422          * page-aligned, so we round the size up for that. */
423         len = page_align(st.st_size);
424         map_at(ifd, (void *)mem - len, 0, st.st_size);
425         /* Once a file is mapped, you can close the file descriptor.  It's a
426          * little odd, but quite useful. */
427         close(ifd);
428         verbose("mapped initrd %s size=%lu @ %p\n", name, len, (void*)mem-len);
429
430         /* We return the initrd size. */
431         return len;
432 }
433
434 /* Once we know how much memory we have, and the address the Guest kernel
435  * expects, we can construct simple linear page tables which will get the Guest
436  * far enough into the boot to create its own.
437  *
438  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
439  * know its size). */
440 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
441                                       unsigned long initrd_size,
442                                       unsigned long page_offset)
443 {
444         u32 *pgdir, *linear;
445         unsigned int mapped_pages, i, linear_pages;
446         unsigned int ptes_per_page = getpagesize()/sizeof(u32);
447
448         /* Ideally we map all physical memory starting at page_offset.
449          * However, if page_offset is 0xC0000000 we can only map 1G of physical
450          * (0xC0000000 + 1G overflows). */
451         if (mem <= -page_offset)
452                 mapped_pages = mem/getpagesize();
453         else
454                 mapped_pages = -page_offset/getpagesize();
455
456         /* Each PTE page can map ptes_per_page pages: how many do we need? */
457         linear_pages = (mapped_pages + ptes_per_page-1)/ptes_per_page;
458
459         /* We put the toplevel page directory page at the top of memory. */
460         pgdir = (void *)mem - initrd_size - getpagesize();
461
462         /* Now we use the next linear_pages pages as pte pages */
463         linear = (void *)pgdir - linear_pages*getpagesize();
464
465         /* Linear mapping is easy: put every page's address into the mapping in
466          * order.  PAGE_PRESENT contains the flags Present, Writable and
467          * Executable. */
468         for (i = 0; i < mapped_pages; i++)
469                 linear[i] = ((i * getpagesize()) | PAGE_PRESENT);
470
471         /* The top level points to the linear page table pages above.  The
472          * entry representing page_offset points to the first one, and they
473          * continue from there. */
474         for (i = 0; i < mapped_pages; i += ptes_per_page) {
475                 pgdir[(i + page_offset/getpagesize())/ptes_per_page]
476                         = (((u32)linear + i*sizeof(u32)) | PAGE_PRESENT);
477         }
478
479         verbose("Linear mapping of %u pages in %u pte pages at %p\n",
480                 mapped_pages, linear_pages, linear);
481
482         /* We return the top level (guest-physical) address: the kernel needs
483          * to know where it is. */
484         return (unsigned long)pgdir;
485 }
486
487 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
488  * between them. */
489 static void concat(char *dst, char *args[])
490 {
491         unsigned int i, len = 0;
492
493         for (i = 0; args[i]; i++) {
494                 strcpy(dst+len, args[i]);
495                 strcat(dst+len, " ");
496                 len += strlen(args[i]) + 1;
497         }
498         /* In case it's empty. */
499         dst[len] = '\0';
500 }
501
502 /* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
503  * the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
504  * the top physical page to allow, the top level pagetable, the entry point and
505  * the page_offset constant for the Guest. */
506 static int tell_kernel(u32 pgdir, u32 start, u32 page_offset)
507 {
508         u32 args[] = { LHREQ_INITIALIZE,
509                        top/getpagesize(), pgdir, start, page_offset };
510         int fd;
511
512         fd = open_or_die("/dev/lguest", O_RDWR);
513         if (write(fd, args, sizeof(args)) < 0)
514                 err(1, "Writing to /dev/lguest");
515
516         /* We return the /dev/lguest file descriptor to control this Guest */
517         return fd;
518 }
519 /*:*/
520
521 static void set_fd(int fd, struct device_list *devices)
522 {
523         FD_SET(fd, &devices->infds);
524         if (fd > devices->max_infd)
525                 devices->max_infd = fd;
526 }
527
528 /*L:200
529  * The Waker.
530  *
531  * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
532  * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
533  * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
534  *
535  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
536  * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
537  * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
538  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
539  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
540  *
541  * This, of course, is merely a different *kind* of icky.
542  */
543 static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd, struct device_list *devices)
544 {
545         /* Add the pipe from the Launcher to the fdset in the device_list, so
546          * we watch it, too. */
547         set_fd(pipefd, devices);
548
549         for (;;) {
550                 fd_set rfds = devices->infds;
551                 u32 args[] = { LHREQ_BREAK, 1 };
552
553                 /* Wait until input is ready from one of the devices. */
554                 select(devices->max_infd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
555                 /* Is it a message from the Launcher? */
556                 if (FD_ISSET(pipefd, &rfds)) {
557                         int ignorefd;
558                         /* If read() returns 0, it means the Launcher has
559                          * exited.  We silently follow. */
560                         if (read(pipefd, &ignorefd, sizeof(ignorefd)) == 0)
561                                 exit(0);
562                         /* Otherwise it's telling us there's a problem with one
563                          * of the devices, and we should ignore that file
564                          * descriptor from now on. */
565                         FD_CLR(ignorefd, &devices->infds);
566                 } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
567                         write(lguest_fd, args, sizeof(args));
568         }
569 }
570
571 /* This routine just sets up a pipe to the Waker process. */
572 static int setup_waker(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
573 {
574         int pipefd[2], child;
575
576         /* We create a pipe to talk to the waker, and also so it knows when the
577          * Launcher dies (and closes pipe). */
578         pipe(pipefd);
579         child = fork();
580         if (child == -1)
581                 err(1, "forking");
582
583         if (child == 0) {
584                 /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
585                 close(pipefd[1]);
586                 wake_parent(pipefd[0], lguest_fd, device_list);
587         }
588         /* Close the reading end of our copy of the pipe. */
589         close(pipefd[0]);
590
591         /* Here is the fd used to talk to the waker. */
592         return pipefd[1];
593 }
594
595 /*L:210
596  * Device Handling.
597  *
598  * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
599  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
600  * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
601  * if something funny is going on:
602  */
603 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
604                             unsigned int line)
605 {
606         /* We have to separately check addr and addr+size, because size could
607          * be huge and addr + size might wrap around. */
608         if (addr >= top || addr + size >= top)
609                 errx(1, "%s:%i: Invalid address %li", __FILE__, line, addr);
610         /* We return a pointer for the caller's convenience, now we know it's
611          * safe to use. */
612         return (void *)addr;
613 }
614 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
615 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
616
617 /* The Guest has given us the address of a "struct lguest_dma".  We check it's
618  * OK and convert it to an iovec (which is a simple array of ptr/size
619  * pairs). */
620 static u32 *dma2iov(unsigned long dma, struct iovec iov[], unsigned *num)
621 {
622         unsigned int i;
623         struct lguest_dma *udma;
624
625         /* First we make sure that the array memory itself is valid. */
626         udma = check_pointer(dma, sizeof(*udma));
627         /* Now we check each element */
628         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS; i++) {
629                 /* A zero length ends the array. */
630                 if (!udma->len[i])
631                         break;
632
633                 iov[i].iov_base = check_pointer(udma->addr[i], udma->len[i]);
634                 iov[i].iov_len = udma->len[i];
635         }
636         *num = i;
637
638         /* We return the pointer to where the caller should write the amount of
639          * the buffer used. */
640         return &udma->used_len;
641 }
642
643 /* This routine gets a DMA buffer from the Guest for a given key, and converts
644  * it to an iovec array.  It returns the interrupt the Guest wants when we're
645  * finished, and a pointer to the "used_len" field to fill in. */
646 static u32 *get_dma_buffer(int fd, void *key,
647                            struct iovec iov[], unsigned int *num, u32 *irq)
648 {
649         u32 buf[] = { LHREQ_GETDMA, (u32)key };
650         unsigned long udma;
651         u32 *res;
652
653         /* Ask the kernel for a DMA buffer corresponding to this key. */
654         udma = write(fd, buf, sizeof(buf));
655         /* They haven't registered any, or they're all used? */
656         if (udma == (unsigned long)-1)
657                 return NULL;
658
659         /* Convert it into our iovec array */
660         res = dma2iov(udma, iov, num);
661         /* The kernel stashes irq in ->used_len to get it out to us. */
662         *irq = *res;
663         /* Return a pointer to ((struct lguest_dma *)udma)->used_len. */
664         return res;
665 }
666
667 /* This is a convenient routine to send the Guest an interrupt. */
668 static void trigger_irq(int fd, u32 irq)
669 {
670         u32 buf[] = { LHREQ_IRQ, irq };
671         if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != 0)
672                 err(1, "Triggering irq %i", irq);
673 }
674
675 /* This simply sets up an iovec array where we can put data to be discarded.
676  * This happens when the Guest doesn't want or can't handle the input: we have
677  * to get rid of it somewhere, and if we bury it in the ceiling space it will
678  * start to smell after a week. */
679 static void discard_iovec(struct iovec *iov, unsigned int *num)
680 {
681         static char discard_buf[1024];
682         *num = 1;
683         iov->iov_base = discard_buf;
684         iov->iov_len = sizeof(discard_buf);
685 }
686
687 /* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
688  * on exit so the user can see what they type next. */
689 static struct termios orig_term;
690 static void restore_term(void)
691 {
692         tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &orig_term);
693 }
694
695 /* We associate some data with the console for our exit hack. */
696 struct console_abort
697 {
698         /* How many times have they hit ^C? */
699         int count;
700         /* When did they start? */
701         struct timeval start;
702 };
703
704 /* This is the routine which handles console input (ie. stdin). */
705 static bool handle_console_input(int fd, struct device *dev)
706 {
707         u32 irq = 0, *lenp;
708         int len;
709         unsigned int num;
710         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
711         struct console_abort *abort = dev->priv;
712
713         /* First we get the console buffer from the Guest.  The key is dev->mem
714          * which was set to 0 in setup_console(). */
715         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, iov, &num, &irq);
716         if (!lenp) {
717                 /* If it's not ready for input, warn and set up to discard. */
718                 warn("console: no dma buffer!");
719                 discard_iovec(iov, &num);
720         }
721
722         /* This is why we convert to iovecs: the readv() call uses them, and so
723          * it reads straight into the Guest's buffer. */
724         len = readv(dev->fd, iov, num);
725         if (len <= 0) {
726                 /* This implies that the console is closed, is /dev/null, or
727                  * something went terribly wrong.  We still go through the rest
728                  * of the logic, though, especially the exit handling below. */
729                 warnx("Failed to get console input, ignoring console.");
730                 len = 0;
731         }
732
733         /* If we read the data into the Guest, fill in the length and send the
734          * interrupt. */
735         if (lenp) {
736                 *lenp = len;
737                 trigger_irq(fd, irq);
738         }
739
740         /* Three ^C within one second?  Exit.
741          *
742          * This is such a hack, but works surprisingly well.  Each ^C has to be
743          * in a buffer by itself, so they can't be too fast.  But we check that
744          * we get three within about a second, so they can't be too slow. */
745         if (len == 1 && ((char *)iov[0].iov_base)[0] == 3) {
746                 if (!abort->count++)
747                         gettimeofday(&abort->start, NULL);
748                 else if (abort->count == 3) {
749                         struct timeval now;
750                         gettimeofday(&now, NULL);
751                         if (now.tv_sec <= abort->start.tv_sec+1) {
752                                 u32 args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
753                                 /* Close the fd so Waker will know it has to
754                                  * exit. */
755                                 close(waker_fd);
756                                 /* Just in case waker is blocked in BREAK, send
757                                  * unbreak now. */
758                                 write(fd, args, sizeof(args));
759                                 exit(2);
760                         }
761                         abort->count = 0;
762                 }
763         } else
764                 /* Any other key resets the abort counter. */
765                 abort->count = 0;
766
767         /* Now, if we didn't read anything, put the input terminal back and
768          * return failure (meaning, don't call us again). */
769         if (!len) {
770                 restore_term();
771                 return false;
772         }
773         /* Everything went OK! */
774         return true;
775 }
776
777 /* Handling console output is much simpler than input. */
778 static u32 handle_console_output(int fd, const struct iovec *iov,
779                                  unsigned num, struct device*dev)
780 {
781         /* Whatever the Guest sends, write it to standard output.  Return the
782          * number of bytes written. */
783         return writev(STDOUT_FILENO, iov, num);
784 }
785
786 /* Guest->Host network output is also pretty easy. */
787 static u32 handle_tun_output(int fd, const struct iovec *iov,
788                              unsigned num, struct device *dev)
789 {
790         /* We put a flag in the "priv" pointer of the network device, and set
791          * it as soon as we see output.  We'll see why in handle_tun_input() */
792         *(bool *)dev->priv = true;
793         /* Whatever packet the Guest sent us, write it out to the tun
794          * device. */
795         return writev(dev->fd, iov, num);
796 }
797
798 /* This matches the peer_key() in lguest_net.c.  The key for any given slot
799  * is the address of the network device's page plus 4 * the slot number. */
800 static unsigned long peer_offset(unsigned int peernum)
801 {
802         return 4 * peernum;
803 }
804
805 /* This is where we handle a packet coming in from the tun device */
806 static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
807 {
808         u32 irq = 0, *lenp;
809         int len;
810         unsigned num;
811         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
812
813         /* First we get a buffer the Guest has bound to its key. */
814         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem+peer_offset(NET_PEERNUM), iov, &num,
815                               &irq);
816         if (!lenp) {
817                 /* Now, it's expected that if we try to send a packet too
818                  * early, the Guest won't be ready yet.  This is why we set a
819                  * flag when the Guest sends its first packet.  If it's sent a
820                  * packet we assume it should be ready to receive them.
821                  *
822                  * Actually, this is what the status bits in the descriptor are
823                  * for: we should *use* them.  FIXME! */
824                 if (*(bool *)dev->priv)
825                         warn("network: no dma buffer!");
826                 discard_iovec(iov, &num);
827         }
828
829         /* Read the packet from the device directly into the Guest's buffer. */
830         len = readv(dev->fd, iov, num);
831         if (len <= 0)
832                 err(1, "reading network");
833
834         /* Write the used_len, and trigger the interrupt for the Guest */
835         if (lenp) {
836                 *lenp = len;
837                 trigger_irq(fd, irq);
838         }
839         verbose("tun input packet len %i [%02x %02x] (%s)\n", len,
840                 ((u8 *)iov[0].iov_base)[0], ((u8 *)iov[0].iov_base)[1],
841                 lenp ? "sent" : "discarded");
842         /* All good. */
843         return true;
844 }
845
846 /* The last device handling routine is block output: the Guest has sent a DMA
847  * to the block device.  It will have placed the command it wants in the
848  * "struct lguest_block_page". */
849 static u32 handle_block_output(int fd, const struct iovec *iov,
850                                unsigned num, struct device *dev)
851 {
852         struct lguest_block_page *p = dev->mem;
853         u32 irq, *lenp;
854         unsigned int len, reply_num;
855         struct iovec reply[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
856         off64_t device_len, off = (off64_t)p->sector * 512;
857
858         /* First we extract the device length from the dev->priv pointer. */
859         device_len = *(off64_t *)dev->priv;
860
861         /* We first check that the read or write is within the length of the
862          * block file. */
863         if (off >= device_len)
864                 errx(1, "Bad offset %llu vs %llu", off, device_len);
865         /* Move to the right location in the block file.  This shouldn't fail,
866          * but best to check. */
867         if (lseek64(dev->fd, off, SEEK_SET) != off)
868                 err(1, "Bad seek to sector %i", p->sector);
869
870         verbose("Block: %s at offset %llu\n", p->type ? "WRITE" : "READ", off);
871
872         /* They were supposed to bind a reply buffer at key equal to the start
873          * of the block device memory.  We need this to tell them when the
874          * request is finished. */
875         lenp = get_dma_buffer(fd, dev->mem, reply, &reply_num, &irq);
876         if (!lenp)
877                 err(1, "Block request didn't give us a dma buffer");
878
879         if (p->type) {
880                 /* A write request.  The DMA they sent contained the data, so
881                  * write it out. */
882                 len = writev(dev->fd, iov, num);
883                 /* Grr... Now we know how long the "struct lguest_dma" they
884                  * sent was, we make sure they didn't try to write over the end
885                  * of the block file (possibly extending it). */
886                 if (off + len > device_len) {
887                         /* Trim it back to the correct length */
888                         ftruncate64(dev->fd, device_len);
889                         /* Die, bad Guest, die. */
890                         errx(1, "Write past end %llu+%u", off, len);
891                 }
892                 /* The reply length is 0: we just send back an empty DMA to
893                  * interrupt them and tell them the write is finished. */
894                 *lenp = 0;
895         } else {
896                 /* A read request.  They sent an empty DMA to start the
897                  * request, and we put the read contents into the reply
898                  * buffer. */
899                 len = readv(dev->fd, reply, reply_num);
900                 *lenp = len;
901         }
902
903         /* The result is 1 (done), 2 if there was an error (short read or
904          * write). */
905         p->result = 1 + (p->bytes != len);
906         /* Now tell them we've used their reply buffer. */
907         trigger_irq(fd, irq);
908
909         /* We're supposed to return the number of bytes of the output buffer we
910          * used.  But the block device uses the "result" field instead, so we
911          * don't bother. */
912         return 0;
913 }
914
915 /* This is the generic routine we call when the Guest sends some DMA out. */
916 static void handle_output(int fd, unsigned long dma, unsigned long key,
917                           struct device_list *devices)
918 {
919         struct device *i;
920         u32 *lenp;
921         struct iovec iov[LGUEST_MAX_DMA_SECTIONS];
922         unsigned num = 0;
923
924         /* Convert the "struct lguest_dma" they're sending to a "struct
925          * iovec". */
926         lenp = dma2iov(dma, iov, &num);
927
928         /* Check each device: if they expect output to this key, tell them to
929          * handle it. */
930         for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
931                 if (i->handle_output && key == i->watch_key) {
932                         /* We write the result straight into the used_len field
933                          * for them. */
934                         *lenp = i->handle_output(fd, iov, num, i);
935                         return;
936                 }
937         }
938
939         /* This can happen: the kernel sends any SEND_DMA which doesn't match
940          * another Guest to us.  It could be that another Guest just left a
941          * network, for example.  But it's unusual. */
942         warnx("Pending dma %p, key %p", (void *)dma, (void *)key);
943 }
944
945 /* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
946  * descriptors. */
947 static void handle_input(int fd, struct device_list *devices)
948 {
949         /* select() wants a zeroed timeval to mean "don't wait". */
950         struct timeval poll = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 0 };
951
952         for (;;) {
953                 struct device *i;
954                 fd_set fds = devices->infds;
955
956                 /* If nothing is ready, we're done. */
957                 if (select(devices->max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
958                         break;
959
960                 /* Otherwise, call the device(s) which have readable
961                  * file descriptors and a method of handling them.  */
962                 for (i = devices->dev; i; i = i->next) {
963                         if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
964                                 /* If handle_input() returns false, it means we
965                                  * should no longer service it.
966                                  * handle_console_input() does this. */
967                                 if (!i->handle_input(fd, i)) {
968                                         /* Clear it from the set of input file
969                                          * descriptors kept at the head of the
970                                          * device list. */
971                                         FD_CLR(i->fd, &devices->infds);
972                                         /* Tell waker to ignore it too... */
973                                         write(waker_fd, &i->fd, sizeof(i->fd));
974                                 }
975                         }
976                 }
977         }
978 }
979
980 /*L:190
981  * Device Setup
982  *
983  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
984  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
985  * routines to allocate them.
986  *
987  * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
988  * table in the devices array just above the Guest's normal memory. */
989 static struct lguest_device_desc *
990 new_dev_desc(struct lguest_device_desc *descs,
991              u16 type, u16 features, u16 num_pages)
992 {
993         unsigned int i;
994
995         for (i = 0; i < LGUEST_MAX_DEVICES; i++) {
996                 if (!descs[i].type) {
997                         descs[i].type = type;
998                         descs[i].features = features;
999                         descs[i].num_pages = num_pages;
1000                         /* If they said the device needs memory, we allocate
1001                          * that now, bumping up the top of Guest memory. */
1002                         if (num_pages) {
1003                                 map_zeroed_pages(top, num_pages);
1004                                 descs[i].pfn = top/getpagesize();
1005                                 top += num_pages*getpagesize();
1006                         }
1007                         return &descs[i];
1008                 }
1009         }
1010         errx(1, "too many devices");
1011 }
1012
1013 /* This monster routine does all the creation and setup of a new device,
1014  * including caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device
1015  * memory. */
1016 static struct device *new_device(struct device_list *devices,
1017                                  u16 type, u16 num_pages, u16 features,
1018                                  int fd,
1019                                  bool (*handle_input)(int, struct device *),
1020                                  unsigned long watch_off,
1021                                  u32 (*handle_output)(int,
1022                                                       const struct iovec *,
1023                                                       unsigned,
1024                                                       struct device *))
1025 {
1026         struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
1027
1028         /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
1029          * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
1030          * in command-line order.  The first network device on the command line
1031          * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
1032         *devices->lastdev = dev;
1033         dev->next = NULL;
1034         devices->lastdev = &dev->next;
1035
1036         /* Now we populate the fields one at a time. */
1037         dev->fd = fd;
1038         /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
1039          * to the device_list's fdset and maxfd. */
1040         if (handle_input)
1041                 set_fd(dev->fd, devices);
1042         dev->desc = new_dev_desc(devices->descs, type, features, num_pages);
1043         dev->mem = (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize());
1044         dev->handle_input = handle_input;
1045         dev->watch_key = (unsigned long)dev->mem + watch_off;
1046         dev->handle_output = handle_output;
1047         return dev;
1048 }
1049
1050 /* Our first setup routine is the console.  It's a fairly simple device, but
1051  * UNIX tty handling makes it uglier than it could be. */
1052 static void setup_console(struct device_list *devices)
1053 {
1054         struct device *dev;
1055
1056         /* If we can save the initial standard input settings... */
1057         if (tcgetattr(STDIN_FILENO, &orig_term) == 0) {
1058                 struct termios term = orig_term;
1059                 /* Then we turn off echo, line buffering and ^C etc.  We want a
1060                  * raw input stream to the Guest. */
1061                 term.c_lflag &= ~(ISIG|ICANON|ECHO);
1062                 tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &term);
1063                 /* If we exit gracefully, the original settings will be
1064                  * restored so the user can see what they're typing. */
1065                 atexit(restore_term);
1066         }
1067
1068         /* We don't currently require any memory for the console, so we ask for
1069          * 0 pages. */
1070         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_CONSOLE, 0, 0,
1071                          STDIN_FILENO, handle_console_input,
1072                          LGUEST_CONSOLE_DMA_KEY, handle_console_output);
1073         /* We store the console state in dev->priv, and initialize it. */
1074         dev->priv = malloc(sizeof(struct console_abort));
1075         ((struct console_abort *)dev->priv)->count = 0;
1076         verbose("device %p: console\n",
1077                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()));
1078 }
1079
1080 /* Setting up a block file is also fairly straightforward. */
1081 static void setup_block_file(const char *filename, struct device_list *devices)
1082 {
1083         int fd;
1084         struct device *dev;
1085         off64_t *device_len;
1086         struct lguest_block_page *p;
1087
1088         /* We open with O_LARGEFILE because otherwise we get stuck at 2G.  We
1089          * open with O_DIRECT because otherwise our benchmarks go much too
1090          * fast. */
1091         fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE|O_DIRECT);
1092
1093         /* We want one page, and have no input handler (the block file never
1094          * has anything interesting to say to us).  Our timing will be quite
1095          * random, so it should be a reasonable randomness source. */
1096         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_BLOCK, 1,
1097                          LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS,
1098                          fd, NULL, 0, handle_block_output);
1099
1100         /* We store the device size in the private area */
1101         device_len = dev->priv = malloc(sizeof(*device_len));
1102         /* This is the safe way of establishing the size of our device: it
1103          * might be a normal file or an actual block device like /dev/hdb. */
1104         *device_len = lseek64(fd, 0, SEEK_END);
1105
1106         /* The device memory is a "struct lguest_block_page".  It's zeroed
1107          * already, we just need to put in the device size.  Block devices
1108          * think in sectors (ie. 512 byte chunks), so we translate here. */
1109         p = dev->mem;
1110         p->num_sectors = *device_len/512;
1111         verbose("device %p: block %i sectors\n",
1112                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), p->num_sectors);
1113 }
1114
1115 /*
1116  * Network Devices.
1117  *
1118  * Setting up network devices is quite a pain, because we have three types.
1119  * First, we have the inter-Guest network.  This is a file which is mapped into
1120  * the address space of the Guests who are on the network.  Because it is a
1121  * shared mapping, the same page underlies all the devices, and they can send
1122  * DMA to each other.
1123  *
1124  * Remember from our network driver, the Guest is told what slot in the page it
1125  * is to use.  We use exclusive fnctl locks to reserve a slot.  If another
1126  * Guest is using a slot, the lock will fail and we try another.  Because fnctl
1127  * locks are cleaned up automatically when we die, this cleverly means that our
1128  * reservation on the slot will vanish if we crash. */
1129 static unsigned int find_slot(int netfd, const char *filename)
1130 {
1131         struct flock fl;
1132
1133         fl.l_type = F_WRLCK;
1134         fl.l_whence = SEEK_SET;
1135         fl.l_len = 1;
1136         /* Try a 1 byte lock in each possible position number */
1137         for (fl.l_start = 0;
1138              fl.l_start < getpagesize()/sizeof(struct lguest_net);
1139              fl.l_start++) {
1140                 /* If we succeed, return the slot number. */
1141                 if (fcntl(netfd, F_SETLK, &fl) == 0)
1142                         return fl.l_start;
1143         }
1144         errx(1, "No free slots in network file %s", filename);
1145 }
1146
1147 /* This function sets up the network file */
1148 static void setup_net_file(const char *filename,
1149                            struct device_list *devices)
1150 {
1151         int netfd;
1152         struct device *dev;
1153
1154         /* We don't use open_or_die() here: for friendliness we create the file
1155          * if it doesn't already exist. */
1156         netfd = open(filename, O_RDWR, 0);
1157         if (netfd < 0) {
1158                 if (errno == ENOENT) {
1159                         netfd = open(filename, O_RDWR|O_CREAT, 0600);
1160                         if (netfd >= 0) {
1161                                 /* If we succeeded, initialize the file with a
1162                                  * blank page. */
1163                                 char page[getpagesize()];
1164                                 memset(page, 0, sizeof(page));
1165                                 write(netfd, page, sizeof(page));
1166                         }
1167                 }
1168                 if (netfd < 0)
1169                         err(1, "cannot open net file '%s'", filename);
1170         }
1171
1172         /* We need 1 page, and the features indicate the slot to use and that
1173          * no checksum is needed.  We never touch this device again; it's
1174          * between the Guests on the network, so we don't register input or
1175          * output handlers. */
1176         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1177                          find_slot(netfd, filename)|LGUEST_NET_F_NOCSUM,
1178                          -1, NULL, 0, NULL);
1179
1180         /* Map the shared file. */
1181         if (mmap(dev->mem, getpagesize(), PROT_READ|PROT_WRITE,
1182                          MAP_FIXED|MAP_SHARED, netfd, 0) != dev->mem)
1183                         err(1, "could not mmap '%s'", filename);
1184         verbose("device %p: shared net %s, peer %i\n",
1185                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()), filename,
1186                 dev->desc->features & ~LGUEST_NET_F_NOCSUM);
1187 }
1188 /*:*/
1189
1190 static u32 str2ip(const char *ipaddr)
1191 {
1192         unsigned int byte[4];
1193
1194         sscanf(ipaddr, "%u.%u.%u.%u", &byte[0], &byte[1], &byte[2], &byte[3]);
1195         return (byte[0] << 24) | (byte[1] << 16) | (byte[2] << 8) | byte[3];
1196 }
1197
1198 /* This code is "adapted" from libbridge: it attaches the Host end of the
1199  * network device to the bridge device specified by the command line.
1200  *
1201  * This is yet another James Morris contribution (I'm an IP-level guy, so I
1202  * dislike bridging), and I just try not to break it. */
1203 static void add_to_bridge(int fd, const char *if_name, const char *br_name)
1204 {
1205         int ifidx;
1206         struct ifreq ifr;
1207
1208         if (!*br_name)
1209                 errx(1, "must specify bridge name");
1210
1211         ifidx = if_nametoindex(if_name);
1212         if (!ifidx)
1213                 errx(1, "interface %s does not exist!", if_name);
1214
1215         strncpy(ifr.ifr_name, br_name, IFNAMSIZ);
1216         ifr.ifr_ifindex = ifidx;
1217         if (ioctl(fd, SIOCBRADDIF, &ifr) < 0)
1218                 err(1, "can't add %s to bridge %s", if_name, br_name);
1219 }
1220
1221 /* This sets up the Host end of the network device with an IP address, brings
1222  * it up so packets will flow, the copies the MAC address into the hwaddr
1223  * pointer (in practice, the Host's slot in the network device's memory). */
1224 static void configure_device(int fd, const char *devname, u32 ipaddr,
1225                              unsigned char hwaddr[6])
1226 {
1227         struct ifreq ifr;
1228         struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
1229
1230         /* Don't read these incantations.  Just cut & paste them like I did! */
1231         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1232         strcpy(ifr.ifr_name, devname);
1233         sin->sin_family = AF_INET;
1234         sin->sin_addr.s_addr = htonl(ipaddr);
1235         if (ioctl(fd, SIOCSIFADDR, &ifr) != 0)
1236                 err(1, "Setting %s interface address", devname);
1237         ifr.ifr_flags = IFF_UP;
1238         if (ioctl(fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr) != 0)
1239                 err(1, "Bringing interface %s up", devname);
1240
1241         /* SIOC stands for Socket I/O Control.  G means Get (vs S for Set
1242          * above).  IF means Interface, and HWADDR is hardware address.
1243          * Simple! */
1244         if (ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) != 0)
1245                 err(1, "getting hw address for %s", devname);
1246         memcpy(hwaddr, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);
1247 }
1248
1249 /*L:195 The other kind of network is a Host<->Guest network.  This can either
1250  * use briding or routing, but the principle is the same: it uses the "tun"
1251  * device to inject packets into the Host as if they came in from a normal
1252  * network card.  We just shunt packets between the Guest and the tun
1253  * device. */
1254 static void setup_tun_net(const char *arg, struct device_list *devices)
1255 {
1256         struct device *dev;
1257         struct ifreq ifr;
1258         int netfd, ipfd;
1259         u32 ip;
1260         const char *br_name = NULL;
1261
1262         /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
1263          * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
1264          * the truth, I completely blundered my way through this code, but it
1265          * works now! */
1266         netfd = open_or_die("/dev/net/tun", O_RDWR);
1267         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
1268         ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI;
1269         strcpy(ifr.ifr_name, "tap%d");
1270         if (ioctl(netfd, TUNSETIFF, &ifr) != 0)
1271                 err(1, "configuring /dev/net/tun");
1272         /* We don't need checksums calculated for packets coming in this
1273          * device: trust us! */
1274         ioctl(netfd, TUNSETNOCSUM, 1);
1275
1276         /* We create the net device with 1 page, using the features field of
1277          * the descriptor to tell the Guest it is in slot 1 (NET_PEERNUM), and
1278          * that the device has fairly random timing.  We do *not* specify
1279          * LGUEST_NET_F_NOCSUM: these packets can reach the real world.
1280          *
1281          * We will put our MAC address is slot 0 for the Guest to see, so
1282          * it will send packets to us using the key "peer_offset(0)": */
1283         dev = new_device(devices, LGUEST_DEVICE_T_NET, 1,
1284                          NET_PEERNUM|LGUEST_DEVICE_F_RANDOMNESS, netfd,
1285                          handle_tun_input, peer_offset(0), handle_tun_output);
1286
1287         /* We keep a flag which says whether we've seen packets come out from
1288          * this network device. */
1289         dev->priv = malloc(sizeof(bool));
1290         *(bool *)dev->priv = false;
1291
1292         /* We need a socket to perform the magic network ioctls to bring up the
1293          * tap interface, connect to the bridge etc.  Any socket will do! */
1294         ipfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP);
1295         if (ipfd < 0)
1296                 err(1, "opening IP socket");
1297
1298         /* If the command line was --tunnet=bridge:<name> do bridging. */
1299         if (!strncmp(BRIDGE_PFX, arg, strlen(BRIDGE_PFX))) {
1300                 ip = INADDR_ANY;
1301                 br_name = arg + strlen(BRIDGE_PFX);
1302                 add_to_bridge(ipfd, ifr.ifr_name, br_name);
1303         } else /* It is an IP address to set up the device with */
1304                 ip = str2ip(arg);
1305
1306         /* We are peer 0, ie. first slot, so we hand dev->mem to this routine
1307          * to write the MAC address at the start of the device memory.  */
1308         configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, dev->mem);
1309
1310         /* Set "promisc" bit: we want every single packet if we're going to
1311          * bridge to other machines (and otherwise it doesn't matter). */
1312         *((u8 *)dev->mem) |= 0x1;
1313
1314         close(ipfd);
1315
1316         verbose("device %p: tun net %u.%u.%u.%u\n",
1317                 (void *)(dev->desc->pfn * getpagesize()),
1318                 (u8)(ip>>24), (u8)(ip>>16), (u8)(ip>>8), (u8)ip);
1319         if (br_name)
1320                 verbose("attached to bridge: %s\n", br_name);
1321 }
1322 /* That's the end of device setup. */
1323
1324 /*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
1325  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
1326 static void __attribute__((noreturn))
1327 run_guest(int lguest_fd, struct device_list *device_list)
1328 {
1329         for (;;) {
1330                 u32 args[] = { LHREQ_BREAK, 0 };
1331                 unsigned long arr[2];
1332                 int readval;
1333
1334                 /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
1335                 readval = read(lguest_fd, arr, sizeof(arr));
1336
1337                 /* The read can only really return sizeof(arr) (the Guest did a
1338                  * SEND_DMA to us), or an error. */
1339
1340                 /* For a successful read, arr[0] is the address of the "struct
1341                  * lguest_dma", and arr[1] is the key the Guest sent to. */
1342                 if (readval == sizeof(arr)) {
1343                         handle_output(lguest_fd, arr[0], arr[1], device_list);
1344                         continue;
1345                 /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
1346                 } else if (errno == ENOENT) {
1347                         char reason[1024] = { 0 };
1348                         read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
1349                         errx(1, "%s", reason);
1350                 /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
1351                  * Anything else means a bug or incompatible change. */
1352                 } else if (errno != EAGAIN)
1353                         err(1, "Running guest failed");
1354
1355                 /* Service input, then unset the BREAK which releases
1356                  * the Waker. */
1357                 handle_input(lguest_fd, device_list);
1358                 if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
1359                         err(1, "Resetting break");
1360         }
1361 }
1362 /*
1363  * This is the end of the Launcher.
1364  *
1365  * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
1366  * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
1367  * would be complete... :*/
1368
1369 static struct option opts[] = {
1370         { "verbose", 0, NULL, 'v' },
1371         { "sharenet", 1, NULL, 's' },
1372         { "tunnet", 1, NULL, 't' },
1373         { "block", 1, NULL, 'b' },
1374         { "initrd", 1, NULL, 'i' },
1375         { NULL },
1376 };
1377 static void usage(void)
1378 {
1379         errx(1, "Usage: lguest [--verbose] "
1380              "[--sharenet=<filename>|--tunnet=(<ipaddr>|bridge:<bridgename>)\n"
1381              "|--block=<filename>|--initrd=<filename>]...\n"
1382              "<mem-in-mb> vmlinux [args...]");
1383 }
1384
1385 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
1386  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
1387  * programs, it's quite boring (which is why everyone like to hack on the
1388  * kernel!).  Perhaps if you make up an Lguest Drinking Game at this point, it
1389  * will get you through this section.  Or, maybe not.
1390  *
1391  * The Launcher binary sits up high, usually starting at address 0xB8000000.
1392  * Everything below this is the "physical" memory for the Guest.  For example,
1393  * if the Guest were to write a "1" at physical address 0, we would see a "1"
1394  * in the Launcher at "(int *)0".  Guest physical == Launcher virtual.
1395  *
1396  * This can be tough to get your head around, but usually it just means that we
1397  * don't need to do any conversion when the Guest gives us it's "physical"
1398  * addresses.
1399  */
1400 int main(int argc, char *argv[])
1401 {
1402         /* Memory, top-level pagetable, code startpoint, PAGE_OFFSET and size
1403          * of the (optional) initrd. */
1404         unsigned long mem = 0, pgdir, start, page_offset, initrd_size = 0;
1405         /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
1406         int i, c, lguest_fd;
1407         /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
1408         struct device_list device_list;
1409         /* The boot information for the Guest: at guest-physical address 0. */
1410         void *boot = (void *)0;
1411         /* If they specify an initrd file to load. */
1412         const char *initrd_name = NULL;
1413
1414         /* First we initialize the device list.  Since console and network
1415          * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
1416          * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
1417          * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
1418          * to the list. */
1419         device_list.max_infd = -1;
1420         device_list.dev = NULL;
1421         device_list.lastdev = &device_list.dev;
1422         FD_ZERO(&device_list.infds);
1423
1424         /* We need to know how much memory so we can set up the device
1425          * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
1426          * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
1427          * of memory now. */
1428         for (i = 1; i < argc; i++) {
1429                 if (argv[i][0] != '-') {
1430                         mem = top = atoi(argv[i]) * 1024 * 1024;
1431                         device_list.descs = map_zeroed_pages(top, 1);
1432                         top += getpagesize();
1433                         break;
1434                 }
1435         }
1436
1437         /* The options are fairly straight-forward */
1438         while ((c = getopt_long(argc, argv, "v", opts, NULL)) != EOF) {
1439                 switch (c) {
1440                 case 'v':
1441                         verbose = true;
1442                         break;
1443                 case 's':
1444                         setup_net_file(optarg, &device_list);
1445                         break;
1446                 case 't':
1447                         setup_tun_net(optarg, &device_list);
1448                         break;
1449                 case 'b':
1450                         setup_block_file(optarg, &device_list);
1451                         break;
1452                 case 'i':
1453                         initrd_name = optarg;
1454                         break;
1455                 default:
1456                         warnx("Unknown argument %s", argv[optind]);
1457                         usage();
1458                 }
1459         }
1460         /* After the other arguments we expect memory and kernel image name,
1461          * followed by command line arguments for the kernel. */
1462         if (optind + 2 > argc)
1463                 usage();
1464
1465         /* We always have a console device */
1466         setup_console(&device_list);
1467
1468         /* We start by mapping anonymous pages over all of guest-physical
1469          * memory range.  This fills it with 0, and ensures that the Guest
1470          * won't be killed when it tries to access it. */
1471         map_zeroed_pages(0, mem / getpagesize());
1472
1473         /* Now we load the kernel */
1474         start = load_kernel(open_or_die(argv[optind+1], O_RDONLY),
1475                             &page_offset);
1476
1477         /* Map the initrd image if requested (at top of physical memory) */
1478         if (initrd_name) {
1479                 initrd_size = load_initrd(initrd_name, mem);
1480                 /* These are the location in the Linux boot header where the
1481                  * start and size of the initrd are expected to be found. */
1482                 *(unsigned long *)(boot+0x218) = mem - initrd_size;
1483                 *(unsigned long *)(boot+0x21c) = initrd_size;
1484                 /* The bootloader type 0xFF means "unknown"; that's OK. */
1485                 *(unsigned char *)(boot+0x210) = 0xFF;
1486         }
1487
1488         /* Set up the initial linear pagetables, starting below the initrd. */
1489         pgdir = setup_pagetables(mem, initrd_size, page_offset);
1490
1491         /* The Linux boot header contains an "E820" memory map: ours is a
1492          * simple, single region. */
1493         *(char*)(boot+E820NR) = 1;
1494         *((struct e820entry *)(boot+E820MAP))
1495                 = ((struct e820entry) { 0, mem, E820_RAM });
1496         /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
1497          * line after the boot header (at address 4096) */
1498         *(void **)(boot + 0x228) = boot + 4096;
1499         concat(boot + 4096, argv+optind+2);
1500
1501         /* The guest type value of "1" tells the Guest it's under lguest. */
1502         *(int *)(boot + 0x23c) = 1;
1503
1504         /* We tell the kernel to initialize the Guest: this returns the open
1505          * /dev/lguest file descriptor. */
1506         lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start, page_offset);
1507
1508         /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
1509          * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
1510          * run the Guest until it tries to output something. */
1511         waker_fd = setup_waker(lguest_fd, &device_list);
1512
1513         /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */
1514         run_guest(lguest_fd, &device_list);
1515 }
1516 /*:*/
1517
1518 /*M:999
1519  * Mastery is done: you now know everything I do.
1520  *
1521  * But surely you have seen code, features and bugs in your wanderings which
1522  * you now yearn to attack?  That is the real game, and I look forward to you
1523  * patching and forking lguest into the Your-Name-Here-visor.
1524  *
1525  * Farewell, and good coding!
1526  * Rusty Russell.
1527  */