]> err.no Git - linux-2.6/blobdiff - Documentation/lguest/lguest.c
virtio: de-structify virtio_block status byte
[linux-2.6] / Documentation / lguest / lguest.c
index 5bdc37f8184292a57e273f4256d698ef148b68a4..5cd705c3d75baaee73ee8c5ee99f670a3fc06e90 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 /*P:100 This is the Launcher code, a simple program which lays out the
- * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and the
- * virtual devices, then reads repeatedly from /dev/lguest to run the Guest.
-:*/
+ * "physical" memory for the new Guest by mapping the kernel image and
+ * the virtual devices, then opens /dev/lguest to tell the kernel
+ * about the Guest and control it. :*/
 #define _LARGEFILE64_SOURCE
 #define _GNU_SOURCE
 #include <stdio.h>
 #include <zlib.h>
 #include <assert.h>
 #include <sched.h>
-/*L:110 We can ignore the 30 include files we need for this program, but I do
- * want to draw attention to the use of kernel-style types.
- *
- * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
- * like these abbreviations and the header we need uses them, so we define them
- * here.
- */
-typedef unsigned long long u64;
-typedef uint32_t u32;
-typedef uint16_t u16;
-typedef uint8_t u8;
+#include <limits.h>
+#include <stddef.h>
 #include "linux/lguest_launcher.h"
-#include "linux/pci_ids.h"
 #include "linux/virtio_config.h"
 #include "linux/virtio_net.h"
 #include "linux/virtio_blk.h"
 #include "linux/virtio_console.h"
 #include "linux/virtio_ring.h"
 #include "asm-x86/bootparam.h"
+/*L:110 We can ignore the 39 include files we need for this program, but I do
+ * want to draw attention to the use of kernel-style types.
+ *
+ * As Linus said, "C is a Spartan language, and so should your naming be."  I
+ * like these abbreviations, so we define them here.  Note that u64 is always
+ * unsigned long long, which works on all Linux systems: this means that we can
+ * use %llu in printf for any u64. */
+typedef unsigned long long u64;
+typedef uint32_t u32;
+typedef uint16_t u16;
+typedef uint8_t u8;
 /*:*/
 
 #define PAGE_PRESENT 0x7       /* Present, RW, Execute */
@@ -63,8 +64,8 @@ typedef uint8_t u8;
 #endif
 /* We can have up to 256 pages for devices. */
 #define DEVICE_PAGES 256
-/* This fits nicely in a single 4096-byte page. */
-#define VIRTQUEUE_NUM 127
+/* This will occupy 2 pages: it must be a power of 2. */
+#define VIRTQUEUE_NUM 128
 
 /*L:120 verbose is both a global flag and a macro.  The C preprocessor allows
  * this, and although I wouldn't recommend it, it works quite nicely here. */
@@ -80,6 +81,9 @@ static void *guest_base;
 /* The maximum guest physical address allowed, and maximum possible. */
 static unsigned long guest_limit, guest_max;
 
+/* a per-cpu variable indicating whose vcpu is currently running */
+static unsigned int __thread cpu_id;
+
 /* This is our list of devices. */
 struct device_list
 {
@@ -97,13 +101,11 @@ struct device_list
        /* The descriptor page for the devices. */
        u8 *descpage;
 
-       /* The tail of the last descriptor. */
-       unsigned int desc_used;
-
        /* A single linked list of devices. */
        struct device *dev;
-       /* ... And an end pointer so we can easily append new devices */
-       struct device **lastdev;
+       /* And a pointer to the last device for easy append and also for
+        * configuration appending. */
+       struct device *lastdev;
 };
 
 /* The list of Guest devices, based on command line arguments. */
@@ -154,6 +156,9 @@ struct virtqueue
        void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me);
 };
 
+/* Remember the arguments to the program so we can "reboot" */
+static char **main_args;
+
 /* Since guest is UP and we don't run at the same time, we don't need barriers.
  * But I include them in the code in case others copy it. */
 #define wmb()
@@ -186,7 +191,14 @@ static void *_convert(struct iovec *iov, size_t size, size_t align,
 #define cpu_to_le64(v64) (v64)
 #define le16_to_cpu(v16) (v16)
 #define le32_to_cpu(v32) (v32)
-#define le64_to_cpu(v32) (v64)
+#define le64_to_cpu(v64) (v64)
+
+/* The device virtqueue descriptors are followed by feature bitmasks. */
+static u8 *get_feature_bits(struct device *dev)
+{
+       return (u8 *)(dev->desc + 1)
+               + dev->desc->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig);
+}
 
 /*L:100 The Launcher code itself takes us out into userspace, that scary place
  * where pointers run wild and free!  Unfortunately, like most userspace
@@ -308,7 +320,7 @@ static unsigned long map_elf(int elf_fd, const Elf32_Ehdr *ehdr)
                err(1, "Reading program headers");
 
        /* Try all the headers: there are usually only three.  A read-only one,
-        * a read-write one, and a "note" section which isn't loadable. */
+        * a read-write one, and a "note" section which we don't load. */
        for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
                /* If this isn't a loadable segment, we ignore it */
                if (phdr[i].p_type != PT_LOAD)
@@ -361,8 +373,8 @@ static unsigned long load_bzimage(int fd)
 }
 
 /*L:140 Loading the kernel is easy when it's a "vmlinux", but most kernels
- * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With some funky
- * coding, we can load those, too. */
+ * come wrapped up in the self-decompressing "bzImage" format.  With a little
+ * work, we can load those, too. */
 static unsigned long load_kernel(int fd)
 {
        Elf32_Ehdr hdr;
@@ -375,7 +387,7 @@ static unsigned long load_kernel(int fd)
        if (memcmp(hdr.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) == 0)
                return map_elf(fd, &hdr);
 
-       /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to unpack it */
+       /* Otherwise we assume it's a bzImage, and try to load it. */
        return load_bzimage(fd);
 }
 
@@ -421,12 +433,12 @@ static unsigned long load_initrd(const char *name, unsigned long mem)
        return len;
 }
 
-/* Once we know how much memory we have, we can construct simple linear page
+/* Once we know how much memory we have we can construct simple linear page
  * tables which set virtual == physical which will get the Guest far enough
  * into the boot to create its own.
  *
  * We lay them out of the way, just below the initrd (which is why we need to
- * know its size). */
+ * know its size here). */
 static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
                                      unsigned long initrd_size)
 {
@@ -465,6 +477,7 @@ static unsigned long setup_pagetables(unsigned long mem,
         * to know where it is. */
        return to_guest_phys(pgdir);
 }
+/*:*/
 
 /* Simple routine to roll all the commandline arguments together with spaces
  * between them. */
@@ -473,17 +486,20 @@ static void concat(char *dst, char *args[])
        unsigned int i, len = 0;
 
        for (i = 0; args[i]; i++) {
+               if (i) {
+                       strcat(dst+len, " ");
+                       len++;
+               }
                strcpy(dst+len, args[i]);
-               strcat(dst+len, " ");
-               len += strlen(args[i]) + 1;
+               len += strlen(args[i]);
        }
        /* In case it's empty. */
        dst[len] = '\0';
 }
 
-/* This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We saw
- * the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
- * the base of guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
+/*L:185 This is where we actually tell the kernel to initialize the Guest.  We
+ * saw the arguments it expects when we looked at initialize() in lguest_user.c:
+ * the base of Guest "physical" memory, the top physical page to allow, the
  * top level pagetable and the entry point for the Guest. */
 static int tell_kernel(unsigned long pgdir, unsigned long start)
 {
@@ -513,13 +529,14 @@ static void add_device_fd(int fd)
 /*L:200
  * The Waker.
  *
- * With a console and network devices, we can have lots of input which we need
- * to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to watch,
- * but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly icky.
+ * With console, block and network devices, we can have lots of input which we
+ * need to process.  We could try to tell the kernel what file descriptors to
+ * watch, but handing a file descriptor mask through to the kernel is fairly
+ * icky.
  *
  * Instead, we fork off a process which watches the file descriptors and writes
- * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest filedescriptor to tell the Host
- * loop to stop running the Guest.  This causes it to return from the
+ * the LHREQ_BREAK command to the /dev/lguest file descriptor to tell the Host
+ * stop running the Guest.  This causes the Launcher to return from the
  * /dev/lguest read with -EAGAIN, where it will write to /dev/lguest to reset
  * the LHREQ_BREAK and wake us up again.
  *
@@ -545,13 +562,15 @@ static void wake_parent(int pipefd, int lguest_fd)
                        if (read(pipefd, &fd, sizeof(fd)) == 0)
                                exit(0);
                        /* Otherwise it's telling us to change what file
-                        * descriptors we're to listen to. */
+                        * descriptors we're to listen to.  Positive means
+                        * listen to a new one, negative means stop
+                        * listening. */
                        if (fd >= 0)
                                FD_SET(fd, &devices.infds);
                        else
                                FD_CLR(-fd - 1, &devices.infds);
                } else /* Send LHREQ_BREAK command. */
-                       write(lguest_fd, args, sizeof(args));
+                       pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id);
        }
 }
 
@@ -560,7 +579,7 @@ static int setup_waker(int lguest_fd)
 {
        int pipefd[2], child;
 
-       /* We create a pipe to talk to the waker, and also so it knows when the
+       /* We create a pipe to talk to the Waker, and also so it knows when the
         * Launcher dies (and closes pipe). */
        pipe(pipefd);
        child = fork();
@@ -568,7 +587,8 @@ static int setup_waker(int lguest_fd)
                err(1, "forking");
 
        if (child == 0) {
-               /* Close the "writing" end of our copy of the pipe */
+               /* We are the Waker: close the "writing" end of our copy of the
+                * pipe and start waiting for input. */
                close(pipefd[1]);
                wake_parent(pipefd[0], lguest_fd);
        }
@@ -579,12 +599,12 @@ static int setup_waker(int lguest_fd)
        return pipefd[1];
 }
 
-/*L:210
+/*
  * Device Handling.
  *
- * When the Guest sends DMA to us, it sends us an array of addresses and sizes.
+ * When the Guest gives us a buffer, it sends an array of addresses and sizes.
  * We need to make sure it's not trying to reach into the Launcher itself, so
- * we have a convenient routine which check it and exits with an error message
+ * we have a convenient routine which checks it and exits with an error message
  * if something funny is going on:
  */
 static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
@@ -601,7 +621,9 @@ static void *_check_pointer(unsigned long addr, unsigned int size,
 /* A macro which transparently hands the line number to the real function. */
 #define check_pointer(addr,size) _check_pointer(addr, size, __LINE__)
 
-/* This function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num. */
+/* Each buffer in the virtqueues is actually a chain of descriptors.  This
+ * function returns the next descriptor in the chain, or vq->vring.num if we're
+ * at the end. */
 static unsigned next_desc(struct virtqueue *vq, unsigned int i)
 {
        unsigned int next;
@@ -680,13 +702,14 @@ static unsigned get_vq_desc(struct virtqueue *vq,
        return head;
 }
 
-/* Once we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
+/* After we've used one of their buffers, we tell them about it.  We'll then
  * want to send them an interrupt, using trigger_irq(). */
 static void add_used(struct virtqueue *vq, unsigned int head, int len)
 {
        struct vring_used_elem *used;
 
-       /* Get a pointer to the next entry in the used ring. */
+       /* The virtqueue contains a ring of used buffers.  Get a pointer to the
+        * next entry in that used ring. */
        used = &vq->vring.used->ring[vq->vring.used->idx % vq->vring.num];
        used->id = head;
        used->len = len;
@@ -700,6 +723,7 @@ static void trigger_irq(int fd, struct virtqueue *vq)
 {
        unsigned long buf[] = { LHREQ_IRQ, vq->config.irq };
 
+       /* If they don't want an interrupt, don't send one. */
        if (vq->vring.avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
                return;
 
@@ -716,8 +740,11 @@ static void add_used_and_trigger(int fd, struct virtqueue *vq,
        trigger_irq(fd, vq);
 }
 
-/* Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
- * on exit so the user can see what they type next. */
+/*
+ * The Console
+ *
+ * Here is the input terminal setting we save, and the routine to restore them
+ * on exit so the user gets their terminal back. */
 static struct termios orig_term;
 static void restore_term(void)
 {
@@ -818,9 +845,13 @@ static void handle_console_output(int fd, struct virtqueue *vq)
        }
 }
 
-/* Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
+/*
+ * The Network
+ *
+ * Handling output for network is also simple: we get all the output buffers
  * and write them (ignoring the first element) to this device's file descriptor
- * (stdout). */
+ * (/dev/net/tun).
+ */
 static void handle_net_output(int fd, struct virtqueue *vq)
 {
        unsigned int head, out, in;
@@ -831,8 +862,9 @@ static void handle_net_output(int fd, struct virtqueue *vq)
        while ((head = get_vq_desc(vq, iov, &out, &in)) != vq->vring.num) {
                if (in)
                        errx(1, "Input buffers in output queue?");
-               /* Check header, but otherwise ignore it (we said we supported
-                * no features). */
+               /* Check header, but otherwise ignore it (we told the Guest we
+                * supported no features, so it shouldn't have anything
+                * interesting). */
                (void)convert(&iov[0], struct virtio_net_hdr);
                len = writev(vq->dev->fd, iov+1, out-1);
                add_used_and_trigger(fd, vq, head, len);
@@ -883,7 +915,8 @@ static bool handle_tun_input(int fd, struct device *dev)
        return true;
 }
 
-/* This callback ensures we try again, in case we stopped console or net
+/*L:215 This is the callback attached to the network and console input
+ * virtqueues: it ensures we try again, in case we stopped console or net
  * delivery because Guest didn't have any buffers. */
 static void enable_fd(int fd, struct virtqueue *vq)
 {
@@ -892,21 +925,58 @@ static void enable_fd(int fd, struct virtqueue *vq)
        write(waker_fd, &vq->dev->fd, sizeof(vq->dev->fd));
 }
 
+/* When the Guest asks us to reset a device, it's is fairly easy. */
+static void reset_device(struct device *dev)
+{
+       struct virtqueue *vq;
+
+       verbose("Resetting device %s\n", dev->name);
+       /* Clear the status. */
+       dev->desc->status = 0;
+
+       /* Clear any features they've acked. */
+       memset(get_feature_bits(dev) + dev->desc->feature_len, 0,
+              dev->desc->feature_len);
+
+       /* Zero out the virtqueues. */
+       for (vq = dev->vq; vq; vq = vq->next) {
+               memset(vq->vring.desc, 0,
+                      vring_size(vq->config.num, getpagesize()));
+               vq->last_avail_idx = 0;
+       }
+}
+
 /* This is the generic routine we call when the Guest uses LHCALL_NOTIFY. */
 static void handle_output(int fd, unsigned long addr)
 {
        struct device *i;
        struct virtqueue *vq;
 
-       /* Check each virtqueue. */
+       /* Check each device and virtqueue. */
        for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
+               /* Notifications to device descriptors reset the device. */
+               if (from_guest_phys(addr) == i->desc) {
+                       reset_device(i);
+                       return;
+               }
+
+               /* Notifications to virtqueues mean output has occurred. */
                for (vq = i->vq; vq; vq = vq->next) {
-                       if (vq->config.pfn == addr/getpagesize()
-                           && vq->handle_output) {
-                               verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
-                               vq->handle_output(fd, vq);
+                       if (vq->config.pfn != addr/getpagesize())
+                               continue;
+
+                       /* Guest should acknowledge (and set features!)  before
+                        * using the device. */
+                       if (i->desc->status == 0) {
+                               warnx("%s gave early output", i->name);
                                return;
                        }
+
+                       if (strcmp(vq->dev->name, "console") != 0)
+                               verbose("Output to %s\n", vq->dev->name);
+                       if (vq->handle_output)
+                               vq->handle_output(fd, vq);
+                       return;
                }
        }
 
@@ -919,7 +989,7 @@ static void handle_output(int fd, unsigned long addr)
              strnlen(from_guest_phys(addr), guest_limit - addr));
 }
 
-/* This is called when the waker wakes us up: check for incoming file
+/* This is called when the Waker wakes us up: check for incoming file
  * descriptors. */
 static void handle_input(int fd)
 {
@@ -934,8 +1004,8 @@ static void handle_input(int fd)
                if (select(devices.max_infd+1, &fds, NULL, NULL, &poll) == 0)
                        break;
 
-               /* Otherwise, call the device(s) which have readable
-                * file descriptors and a method of handling them.  */
+               /* Otherwise, call the device(s) which have readable file
+                * descriptors and a method of handling them.  */
                for (i = devices.dev; i; i = i->next) {
                        if (i->handle_input && FD_ISSET(i->fd, &fds)) {
                                int dev_fd;
@@ -946,8 +1016,7 @@ static void handle_input(int fd)
                                 * should no longer service it.  Networking and
                                 * console do this when there's no input
                                 * buffers to deliver into.  Console also uses
-                                * it when it discovers that stdin is
-                                * closed. */
+                                * it when it discovers that stdin is closed. */
                                FD_CLR(i->fd, &devices.infds);
                                /* Tell waker to ignore it too, by sending a
                                 * negative fd number (-1, since 0 is a valid
@@ -964,55 +1033,45 @@ static void handle_input(int fd)
  *
  * All devices need a descriptor so the Guest knows it exists, and a "struct
  * device" so the Launcher can keep track of it.  We have common helper
- * routines to allocate them.
- *
- * This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
- * table just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to that
- * descriptor. */
-static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
-{
-       struct lguest_device_desc *d;
-
-       /* We only have one page for all the descriptors. */
-       if (devices.desc_used + sizeof(*d) > getpagesize())
-               errx(1, "Too many devices");
-
-       /* We don't need to set config_len or status: page is 0 already. */
-       d = (void *)devices.descpage + devices.desc_used;
-       d->type = type;
-       devices.desc_used += sizeof(*d);
+ * routines to allocate and manage them.
+ */
 
-       return d;
+/* The layout of the device page is a "struct lguest_device_desc" followed by a
+ * number of virtqueue descriptors, then two sets of feature bits, then an
+ * array of configuration bytes.  This routine returns the configuration
+ * pointer. */
+static u8 *device_config(const struct device *dev)
+{
+       return (void *)(dev->desc + 1)
+               + dev->desc->num_vq * sizeof(struct lguest_vqconfig)
+               + dev->desc->feature_len * 2;
 }
 
-/* Each device descriptor is followed by some configuration information.
- * The first byte is a "status" byte for the Guest to report what's happening.
- * After that are fields: u8 type, u8 len, [... len bytes...].
- *
- * This routine adds a new field to an existing device's descriptor.  It only
- * works for the last device, but that's OK because that's how we use it. */
-static void add_desc_field(struct device *dev, u8 type, u8 len, const void *c)
+/* This routine allocates a new "struct lguest_device_desc" from descriptor
+ * table page just above the Guest's normal memory.  It returns a pointer to
+ * that descriptor. */
+static struct lguest_device_desc *new_dev_desc(u16 type)
 {
-       /* This is the last descriptor, right? */
-       assert(devices.descpage + devices.desc_used
-              == (u8 *)(dev->desc + 1) + dev->desc->config_len);
+       struct lguest_device_desc d = { .type = type };
+       void *p;
 
-       /* We only have one page of device descriptions. */
-       if (devices.desc_used + 2 + len > getpagesize())
-               errx(1, "Too many devices");
+       /* Figure out where the next device config is, based on the last one. */
+       if (devices.lastdev)
+               p = device_config(devices.lastdev)
+                       + devices.lastdev->desc->config_len;
+       else
+               p = devices.descpage;
 
-       /* Copy in the new config header: type then length. */
-       devices.descpage[devices.desc_used++] = type;
-       devices.descpage[devices.desc_used++] = len;
-       memcpy(devices.descpage + devices.desc_used, c, len);
-       devices.desc_used += len;
+       /* We only have one page for all the descriptors. */
+       if (p + sizeof(d) > (void *)devices.descpage + getpagesize())
+               errx(1, "Too many devices");
 
-       /* Update the device descriptor length: two byte head then data. */
-       dev->desc->config_len += 2 + len;
+       /* p might not be aligned, so we memcpy in. */
+       return memcpy(p, &d, sizeof(d));
 }
 
-/* This routine adds a virtqueue to a device.  We specify how many descriptors
- * the virtqueue is to have. */
+/* Each device descriptor is followed by the description of its virtqueues.  We
+ * specify how many descriptors the virtqueue is to have. */
 static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
                          void (*handle_output)(int fd, struct virtqueue *me))
 {
@@ -1020,51 +1079,87 @@ static void add_virtqueue(struct device *dev, unsigned int num_descs,
        struct virtqueue **i, *vq = malloc(sizeof(*vq));
        void *p;
 
-       /* First we need some pages for this virtqueue. */
-       pages = (vring_size(num_descs) + getpagesize() - 1) / getpagesize();
+       /* First we need some memory for this virtqueue. */
+       pages = (vring_size(num_descs, getpagesize()) + getpagesize() - 1)
+               / getpagesize();
        p = get_pages(pages);
 
+       /* Initialize the virtqueue */
+       vq->next = NULL;
+       vq->last_avail_idx = 0;
+       vq->dev = dev;
+
        /* Initialize the configuration. */
        vq->config.num = num_descs;
        vq->config.irq = devices.next_irq++;
        vq->config.pfn = to_guest_phys(p) / getpagesize();
 
        /* Initialize the vring. */
-       vring_init(&vq->vring, num_descs, p);
+       vring_init(&vq->vring, num_descs, p, getpagesize());
 
-       /* Add the configuration information to this device's descriptor. */
-       add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_F_VIRTQUEUE,
-                      sizeof(vq->config), &vq->config);
+       /* Append virtqueue to this device's descriptor.  We use
+        * device_config() to get the end of the device's current virtqueues;
+        * we check that we haven't added any config or feature information
+        * yet, otherwise we'd be overwriting them. */
+       assert(dev->desc->config_len == 0 && dev->desc->feature_len == 0);
+       memcpy(device_config(dev), &vq->config, sizeof(vq->config));
+       dev->desc->num_vq++;
+
+       verbose("Virtqueue page %#lx\n", to_guest_phys(p));
 
        /* Add to tail of list, so dev->vq is first vq, dev->vq->next is
         * second.  */
        for (i = &dev->vq; *i; i = &(*i)->next);
        *i = vq;
 
-       /* Link virtqueue back to device. */
-       vq->dev = dev;
-
-       /* Set up handler. */
+       /* Set the routine to call when the Guest does something to this
+        * virtqueue. */
        vq->handle_output = handle_output;
+
+       /* As an optimization, set the advisory "Don't Notify Me" flag if we
+        * don't have a handler */
        if (!handle_output)
                vq->vring.used->flags = VRING_USED_F_NO_NOTIFY;
 }
 
+/* The first half of the feature bitmask is for us to advertise features.  The
+ * second half is for the Guest to accept features. */
+static void add_feature(struct device *dev, unsigned bit)
+{
+       u8 *features = get_feature_bits(dev);
+
+       /* We can't extend the feature bits once we've added config bytes */
+       if (dev->desc->feature_len <= bit / CHAR_BIT) {
+               assert(dev->desc->config_len == 0);
+               dev->desc->feature_len = (bit / CHAR_BIT) + 1;
+       }
+
+       features[bit / CHAR_BIT] |= (1 << (bit % CHAR_BIT));
+}
+
+/* This routine sets the configuration fields for an existing device's
+ * descriptor.  It only works for the last device, but that's OK because that's
+ * how we use it. */
+static void set_config(struct device *dev, unsigned len, const void *conf)
+{
+       /* Check we haven't overflowed our single page. */
+       if (device_config(dev) + len > devices.descpage + getpagesize())
+               errx(1, "Too many devices");
+
+       /* Copy in the config information, and store the length. */
+       memcpy(device_config(dev), conf, len);
+       dev->desc->config_len = len;
+}
+
 /* This routine does all the creation and setup of a new device, including
- * caling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory. */
+ * calling new_dev_desc() to allocate the descriptor and device memory.
+ *
+ * See what I mean about userspace being boring? */
 static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
                                 bool (*handle_input)(int, struct device *))
 {
        struct device *dev = malloc(sizeof(*dev));
 
-       /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
-        * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
-        * in command-line order.  The first network device on the command line
-        * is eth0, the first block device /dev/lgba, etc. */
-       *devices.lastdev = dev;
-       dev->next = NULL;
-       devices.lastdev = &dev->next;
-
        /* Now we populate the fields one at a time. */
        dev->fd = fd;
        /* If we have an input handler for this file descriptor, then we add it
@@ -1074,6 +1169,18 @@ static struct device *new_device(const char *name, u16 type, int fd,
        dev->desc = new_dev_desc(type);
        dev->handle_input = handle_input;
        dev->name = name;
+       dev->vq = NULL;
+
+       /* Append to device list.  Prepending to a single-linked list is
+        * easier, but the user expects the devices to be arranged on the bus
+        * in command-line order.  The first network device on the command line
+        * is eth0, the first block device /dev/vda, etc. */
+       if (devices.lastdev)
+               devices.lastdev->next = dev;
+       else
+               devices.dev = dev;
+       devices.lastdev = dev;
+
        return dev;
 }
 
@@ -1104,7 +1211,7 @@ static void setup_console(void)
        /* The console needs two virtqueues: the input then the output.  When
         * they put something the input queue, we make sure we're listening to
         * stdin.  When they put something in the output queue, we write it to
-        * stdout.  */
+        * stdout. */
        add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, enable_fd);
        add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_console_output);
 
@@ -1198,7 +1305,7 @@ static void setup_tun_net(const char *arg)
        int netfd, ipfd;
        u32 ip;
        const char *br_name = NULL;
-       u8 hwaddr[6];
+       struct virtio_net_config conf;
 
        /* We open the /dev/net/tun device and tell it we want a tap device.  A
         * tap device is like a tun device, only somehow different.  To tell
@@ -1237,12 +1344,13 @@ static void setup_tun_net(const char *arg)
                ip = str2ip(arg);
 
        /* Set up the tun device, and get the mac address for the interface. */
-       configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, hwaddr);
+       configure_device(ipfd, ifr.ifr_name, ip, conf.mac);
 
        /* Tell Guest what MAC address to use. */
-       add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_NET_MAC_F, sizeof(hwaddr), hwaddr);
+       add_feature(dev, VIRTIO_NET_F_MAC);
+       set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
 
-       /* We don't seed the socket any more; setup is done. */
+       /* We don't need the socket any more; setup is done. */
        close(ipfd);
 
        verbose("device %u: tun net %u.%u.%u.%u\n",
@@ -1252,21 +1360,17 @@ static void setup_tun_net(const char *arg)
                verbose("attached to bridge: %s\n", br_name);
 }
 
-
-/*
- * Block device.
- *
- * Serving a block device is really easy: the Guest asks for a block number and
- * we read or write that position in the file.
+/* Our block (disk) device should be really simple: the Guest asks for a block
+ * number and we read or write that position in the file.  Unfortunately, that
+ * was amazingly slow: the Guest waits until the read is finished before
+ * running anything else, even if it could have been doing useful work.
  *
- * Unfortunately, this is amazingly slow: the Guest waits until the read is
- * finished before running anything else, even if it could be doing useful
- * work.  We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that
- * characters actually go missing from your code when you try to use it.
+ * We could use async I/O, except it's reputed to suck so hard that characters
+ * actually go missing from your code when you try to use it.
  *
  * So we farm the I/O out to thread, and communicate with it via a pipe. */
 
-/* This hangs off device->priv, with the data. */
+/* This hangs off device->priv. */
 struct vblk_info
 {
        /* The size of the file. */
@@ -1283,37 +1387,51 @@ struct vblk_info
        int done_fd;
 };
 
-/* This is the core of the I/O thread.  It returns true if it did something. */
+/*L:210
+ * The Disk
+ *
+ * Remember that the block device is handled by a separate I/O thread.  We head
+ * straight into the core of that thread here:
+ */
 static bool service_io(struct device *dev)
 {
        struct vblk_info *vblk = dev->priv;
        unsigned int head, out_num, in_num, wlen;
        int ret;
-       struct virtio_blk_inhdr *in;
+       u8 *in;
        struct virtio_blk_outhdr *out;
        struct iovec iov[dev->vq->vring.num];
        off64_t off;
 
+       /* See if there's a request waiting.  If not, nothing to do. */
        head = get_vq_desc(dev->vq, iov, &out_num, &in_num);
        if (head == dev->vq->vring.num)
                return false;
 
+       /* Every block request should contain at least one output buffer
+        * (detailing the location on disk and the type of request) and one
+        * input buffer (to hold the result). */
        if (out_num == 0 || in_num == 0)
                errx(1, "Bad virtblk cmd %u out=%u in=%u",
                     head, out_num, in_num);
 
        out = convert(&iov[0], struct virtio_blk_outhdr);
-       in = convert(&iov[out_num+in_num-1], struct virtio_blk_inhdr);
+       in = convert(&iov[out_num+in_num-1], u8);
        off = out->sector * 512;
 
-       /* This is how we implement barriers.  Pretty poor, no? */
+       /* The block device implements "barriers", where the Guest indicates
+        * that it wants all previous writes to occur before this write.  We
+        * don't have a way of asking our kernel to do a barrier, so we just
+        * synchronize all the data in the file.  Pretty poor, no? */
        if (out->type & VIRTIO_BLK_T_BARRIER)
                fdatasync(vblk->fd);
 
+       /* In general the virtio block driver is allowed to try SCSI commands.
+        * It'd be nice if we supported eject, for example, but we don't. */
        if (out->type & VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD) {
                fprintf(stderr, "Scsi commands unsupported\n");
-               in->status = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
-               wlen = sizeof(in);
+               *in = VIRTIO_BLK_S_UNSUPP;
+               wlen = sizeof(*in);
        } else if (out->type & VIRTIO_BLK_T_OUT) {
                /* Write */
 
@@ -1334,8 +1452,8 @@ static bool service_io(struct device *dev)
                        /* Die, bad Guest, die. */
                        errx(1, "Write past end %llu+%u", off, ret);
                }
-               wlen = sizeof(in);
-               in->status = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
+               wlen = sizeof(*in);
+               *in = (ret >= 0 ? VIRTIO_BLK_S_OK : VIRTIO_BLK_S_IOERR);
        } else {
                /* Read */
 
@@ -1347,11 +1465,11 @@ static bool service_io(struct device *dev)
                ret = readv(vblk->fd, iov+1, in_num-1);
                verbose("READ from sector %llu: %i\n", out->sector, ret);
                if (ret >= 0) {
-                       wlen = sizeof(in) + ret;
-                       in->status = VIRTIO_BLK_S_OK;
+                       wlen = sizeof(*in) + ret;
+                       *in = VIRTIO_BLK_S_OK;
                } else {
-                       wlen = sizeof(in);
-                       in->status = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
+                       wlen = sizeof(*in);
+                       *in = VIRTIO_BLK_S_IOERR;
                }
        }
 
@@ -1375,21 +1493,26 @@ static int io_thread(void *_dev)
 
        /* When this read fails, it means Launcher died, so we follow. */
        while (read(vblk->workpipe[0], &c, 1) == 1) {
-               /* We acknowledge each request immediately, to reduce latency,
+               /* We acknowledge each request immediately to reduce latency,
                 * rather than waiting until we've done them all.  I haven't
-                * measured to see if it makes any difference. */
+                * measured to see if it makes any difference.
+                *
+                * That would be an interesting test, wouldn't it?  You could
+                * also try having more than one I/O thread. */
                while (service_io(dev))
                        write(vblk->done_fd, &c, 1);
        }
        return 0;
 }
 
-/* When the thread says some I/O is done, we interrupt the Guest. */
+/* Now we've seen the I/O thread, we return to the Launcher to see what happens
+ * when that thread tells us it's completed some I/O. */
 static bool handle_io_finish(int fd, struct device *dev)
 {
        char c;
 
-       /* If child died, presumably it printed message. */
+       /* If the I/O thread died, presumably it printed the error, so we
+        * simply exit. */
        if (read(dev->fd, &c, 1) != 1)
                exit(1);
 
@@ -1398,7 +1521,7 @@ static bool handle_io_finish(int fd, struct device *dev)
        return true;
 }
 
-/* When the Guest submits some I/O, we wake the I/O thread. */
+/* When the Guest submits some I/O, we just need to wake the I/O thread. */
 static void handle_virtblk_output(int fd, struct virtqueue *vq)
 {
        struct vblk_info *vblk = vq->dev->priv;
@@ -1410,15 +1533,14 @@ static void handle_virtblk_output(int fd, struct virtqueue *vq)
                exit(1);
 }
 
-/* This creates a virtual block device. */
+/*L:198 This actually sets up a virtual block device. */
 static void setup_block_file(const char *filename)
 {
        int p[2];
        struct device *dev;
        struct vblk_info *vblk;
        void *stack;
-       u64 cap;
-       unsigned int val;
+       struct virtio_blk_config conf;
 
        /* This is the pipe the I/O thread will use to tell us I/O is done. */
        pipe(p);
@@ -1426,7 +1548,7 @@ static void setup_block_file(const char *filename)
        /* The device responds to return from I/O thread. */
        dev = new_device("block", VIRTIO_ID_BLOCK, p[0], handle_io_finish);
 
-       /* The device has a virtqueue. */
+       /* The device has one virtqueue, where the Guest places requests. */
        add_virtqueue(dev, VIRTQUEUE_NUM, handle_virtblk_output);
 
        /* Allocate the room for our own bookkeeping */
@@ -1436,24 +1558,32 @@ static void setup_block_file(const char *filename)
        vblk->fd = open_or_die(filename, O_RDWR|O_LARGEFILE);
        vblk->len = lseek64(vblk->fd, 0, SEEK_END);
 
+       /* We support barriers. */
+       add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_BARRIER);
+
        /* Tell Guest how many sectors this device has. */
-       cap = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
-       add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_BLK_F_CAPACITY, sizeof(cap), &cap);
+       conf.capacity = cpu_to_le64(vblk->len / 512);
 
        /* Tell Guest not to put in too many descriptors at once: two are used
         * for the in and out elements. */
-       val = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
-       add_desc_field(dev, VIRTIO_CONFIG_BLK_F_SEG_MAX, sizeof(val), &val);
+       add_feature(dev, VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX);
+       conf.seg_max = cpu_to_le32(VIRTQUEUE_NUM - 2);
+
+       set_config(dev, sizeof(conf), &conf);
 
        /* The I/O thread writes to this end of the pipe when done. */
        vblk->done_fd = p[1];
 
-       /* This is how we tell the I/O thread about more work. */
+       /* This is the second pipe, which is how we tell the I/O thread about
+        * more work. */
        pipe(vblk->workpipe);
 
-       /* Create stack for thread and run it */
+       /* Create stack for thread and run it.  Since stack grows upwards, we
+        * point the stack pointer to the end of this region. */
        stack = malloc(32768);
-       if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM, dev) == -1)
+       /* SIGCHLD - We dont "wait" for our cloned thread, so prevent it from
+        * becoming a zombie. */
+       if (clone(io_thread, stack + 32768, CLONE_VM | SIGCHLD, dev) == -1)
                err(1, "Creating clone");
 
        /* We don't need to keep the I/O thread's end of the pipes open. */
@@ -1461,11 +1591,25 @@ static void setup_block_file(const char *filename)
        close(vblk->workpipe[0]);
 
        verbose("device %u: virtblock %llu sectors\n",
-               devices.device_num, cap);
+               devices.device_num, le64_to_cpu(conf.capacity));
 }
 /* That's the end of device setup. */
 
-/*L:220 Finally we reach the core of the Launcher, which runs the Guest, serves
+/*L:230 Reboot is pretty easy: clean up and exec() the Launcher afresh. */
+static void __attribute__((noreturn)) restart_guest(void)
+{
+       unsigned int i;
+
+       /* Closing pipes causes the Waker thread and io_threads to die, and
+        * closing /dev/lguest cleans up the Guest.  Since we don't track all
+        * open fds, we simply close everything beyond stderr. */
+       for (i = 3; i < FD_SETSIZE; i++)
+               close(i);
+       execv(main_args[0], main_args);
+       err(1, "Could not exec %s", main_args[0]);
+}
+
+/*L:220 Finally we reach the core of the Launcher which runs the Guest, serves
  * its input and output, and finally, lays it to rest. */
 static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
 {
@@ -1475,7 +1619,8 @@ static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
                int readval;
 
                /* We read from the /dev/lguest device to run the Guest. */
-               readval = read(lguest_fd, &notify_addr, sizeof(notify_addr));
+               readval = pread(lguest_fd, &notify_addr,
+                               sizeof(notify_addr), cpu_id);
 
                /* One unsigned long means the Guest did HCALL_NOTIFY */
                if (readval == sizeof(notify_addr)) {
@@ -1485,26 +1630,34 @@ static void __attribute__((noreturn)) run_guest(int lguest_fd)
                /* ENOENT means the Guest died.  Reading tells us why. */
                } else if (errno == ENOENT) {
                        char reason[1024] = { 0 };
-                       read(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1);
+                       pread(lguest_fd, reason, sizeof(reason)-1, cpu_id);
                        errx(1, "%s", reason);
-               /* EAGAIN means the waker wanted us to look at some input.
+               /* ERESTART means that we need to reboot the guest */
+               } else if (errno == ERESTART) {
+                       restart_guest();
+               /* EAGAIN means the Waker wanted us to look at some input.
                 * Anything else means a bug or incompatible change. */
                } else if (errno != EAGAIN)
                        err(1, "Running guest failed");
 
-               /* Service input, then unset the BREAK which releases
-                * the Waker. */
+               /* Only service input on thread for CPU 0. */
+               if (cpu_id != 0)
+                       continue;
+
+               /* Service input, then unset the BREAK to release the Waker. */
                handle_input(lguest_fd);
-               if (write(lguest_fd, args, sizeof(args)) < 0)
+               if (pwrite(lguest_fd, args, sizeof(args), cpu_id) < 0)
                        err(1, "Resetting break");
        }
 }
-/*
- * This is the end of the Launcher.
+/*L:240
+ * This is the end of the Launcher.  The good news: we are over halfway
+ * through!  The bad news: the most fiendish part of the code still lies ahead
+ * of us.
  *
- * But wait!  We've seen I/O from the Launcher, and we've seen I/O from the
- * Drivers.  If we were to see the Host kernel I/O code, our understanding
* would be complete... :*/
+ * Are you ready?  Take a deep breath and join me in the core of the Host, in
+ * "make Host".
+ :*/
 
 static struct option opts[] = {
        { "verbose", 0, NULL, 'v' },
@@ -1527,24 +1680,31 @@ int main(int argc, char *argv[])
        /* Memory, top-level pagetable, code startpoint and size of the
         * (optional) initrd. */
        unsigned long mem = 0, pgdir, start, initrd_size = 0;
-       /* A temporary and the /dev/lguest file descriptor. */
+       /* Two temporaries and the /dev/lguest file descriptor. */
        int i, c, lguest_fd;
        /* The boot information for the Guest. */
        struct boot_params *boot;
        /* If they specify an initrd file to load. */
        const char *initrd_name = NULL;
 
+       /* Save the args: we "reboot" by execing ourselves again. */
+       main_args = argv;
+       /* We don't "wait" for the children, so prevent them from becoming
+        * zombies. */
+       signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
+
        /* First we initialize the device list.  Since console and network
         * device receive input from a file descriptor, we keep an fdset
         * (infds) and the maximum fd number (max_infd) with the head of the
-        * list.  We also keep a pointer to the last device, for easy appending
-        * to the list.  Finally, we keep the next interrupt number to hand out
-        * (1: remember that 0 is used by the timer). */
+        * list.  We also keep a pointer to the last device.  Finally, we keep
+        * the next interrupt number to use for devices (1: remember that 0 is
+        * used by the timer). */
        FD_ZERO(&devices.infds);
        devices.max_infd = -1;
-       devices.lastdev = &devices.dev;
+       devices.lastdev = NULL;
        devices.next_irq = 1;
 
+       cpu_id = 0;
        /* We need to know how much memory so we can set up the device
         * descriptor and memory pages for the devices as we parse the command
         * line.  So we quickly look through the arguments to find the amount
@@ -1622,6 +1782,7 @@ int main(int argc, char *argv[])
        /* The boot header contains a command line pointer: we put the command
         * line after the boot header. */
        boot->hdr.cmd_line_ptr = to_guest_phys(boot + 1);
+       /* We use a simple helper to copy the arguments separated by spaces. */
        concat((char *)(boot + 1), argv+optind+2);
 
        /* Boot protocol version: 2.07 supports the fields for lguest. */
@@ -1638,8 +1799,8 @@ int main(int argc, char *argv[])
        lguest_fd = tell_kernel(pgdir, start);
 
        /* We fork off a child process, which wakes the Launcher whenever one
-        * of the input file descriptors needs attention.  Otherwise we would
-        * run the Guest until it tries to output something. */
+        * of the input file descriptors needs attention.  We call this the
+        * Waker, and we'll cover it in a moment. */
        waker_fd = setup_waker(lguest_fd);
 
        /* Finally, run the Guest.  This doesn't return. */