xref: /kvmtool/virtio/net.c (revision 27ab67f50df59bf204817716f611e93f462664a1) 
1 #include "kvm/virtio-net.h"
2 #include "kvm/virtio-pci-dev.h"
3 #include "kvm/virtio.h"
4 #include "kvm/ioport.h"
5 #include "kvm/types.h"
6 #include "kvm/mutex.h"
7 #include "kvm/util.h"
8 #include "kvm/kvm.h"
9 #include "kvm/pci.h"
10 #include "kvm/irq.h"
11 #include "kvm/ioeventfd.h"
12 
13 #include <linux/virtio_net.h>
14 #include <linux/if_tun.h>
15 
16 #include <arpa/inet.h>
17 #include <net/if.h>
18 
19 #include <unistd.h>
20 #include <assert.h>
21 #include <fcntl.h>
22 
23 #include <sys/socket.h>
24 #include <sys/ioctl.h>
25 #include <sys/types.h>
26 #include <sys/wait.h>
27 
28 #define VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE		128
29 #define VIRTIO_NET_NUM_QUEUES		2
30 #define VIRTIO_NET_RX_QUEUE		0
31 #define VIRTIO_NET_TX_QUEUE		1
32 
33 static struct pci_device_header pci_header = {
34 	.vendor_id			= PCI_VENDOR_ID_REDHAT_QUMRANET,
35 	.device_id			= PCI_DEVICE_ID_VIRTIO_NET,
36 	.header_type			= PCI_HEADER_TYPE_NORMAL,
37 	.revision_id			= 0,
38 	.class				= 0x020000,
39 	.subsys_vendor_id		= PCI_SUBSYSTEM_VENDOR_ID_REDHAT_QUMRANET,
40 	.subsys_id			= VIRTIO_ID_NET,
41 };
42 
43 struct net_device {
44 	pthread_mutex_t			mutex;
45 
46 	struct virt_queue		vqs[VIRTIO_NET_NUM_QUEUES];
47 	struct virtio_net_config	config;
48 	u32				host_features;
49 	u32				guest_features;
50 	u16				config_vector;
51 	u8				status;
52 	u8				isr;
53 	u16				queue_selector;
54 	u16				base_addr;
55 
56 	pthread_t			io_rx_thread;
57 	pthread_mutex_t			io_rx_lock;
58 	pthread_cond_t			io_rx_cond;
59 
60 	pthread_t			io_tx_thread;
61 	pthread_mutex_t			io_tx_lock;
62 	pthread_cond_t			io_tx_cond;
63 
64 	int				tap_fd;
65 	char				tap_name[IFNAMSIZ];
66 };
67 
68 static struct net_device ndev = {
69 	.mutex				= PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,
70 
71 	.config = {
72 		.mac			= { 0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55 },
73 		.status			= VIRTIO_NET_S_LINK_UP,
74 	},
75 	.host_features			= 1UL << VIRTIO_NET_F_MAC
76 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_CSUM
77 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_UFO
78 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4
79 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6
80 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO
81 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4
82 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6,
83 };
84 
85 static void *virtio_net_rx_thread(void *p)
86 {
87 	struct iovec iov[VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE];
88 	struct virt_queue *vq;
89 	struct kvm *kvm;
90 	u16 out, in;
91 	u16 head;
92 	int len;
93 
94 	kvm	= p;
95 	vq	= &ndev.vqs[VIRTIO_NET_RX_QUEUE];
96 
97 	while (1) {
98 		mutex_lock(&ndev.io_rx_lock);
99 		if (!virt_queue__available(vq))
100 			pthread_cond_wait(&ndev.io_rx_cond, &ndev.io_rx_lock);
101 		mutex_unlock(&ndev.io_rx_lock);
102 
103 		while (virt_queue__available(vq)) {
104 			head = virt_queue__get_iov(vq, iov, &out, &in, kvm);
105 			len  = readv(ndev.tap_fd, iov, in);
106 			virt_queue__set_used_elem(vq, head, len);
107 
108 			/* We should interrupt guest right now, otherwise latency is huge. */
109 			virt_queue__trigger_irq(vq, pci_header.irq_line, &ndev.isr, kvm);
110 		}
111 
112 	}
113 
114 	pthread_exit(NULL);
115 	return NULL;
116 
117 }
118 
119 static void *virtio_net_tx_thread(void *p)
120 {
121 	struct iovec iov[VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE];
122 	struct virt_queue *vq;
123 	struct kvm *kvm;
124 	u16 out, in;
125 	u16 head;
126 	int len;
127 
128 	kvm	= p;
129 	vq	= &ndev.vqs[VIRTIO_NET_TX_QUEUE];
130 
131 	while (1) {
132 		mutex_lock(&ndev.io_tx_lock);
133 		if (!virt_queue__available(vq))
134 			pthread_cond_wait(&ndev.io_tx_cond, &ndev.io_tx_lock);
135 		mutex_unlock(&ndev.io_tx_lock);
136 
137 		while (virt_queue__available(vq)) {
138 			head = virt_queue__get_iov(vq, iov, &out, &in, kvm);
139 			len  = writev(ndev.tap_fd, iov, out);
140 			virt_queue__set_used_elem(vq, head, len);
141 		}
142 
143 		virt_queue__trigger_irq(vq, pci_header.irq_line, &ndev.isr, kvm);
144 
145 	}
146 
147 	pthread_exit(NULL);
148 
149 	return NULL;
150 
151 }
152 
153 static bool virtio_net_pci_io_device_specific_in(void *data, unsigned long offset, int size, u32 count)
154 {
155 	u8 *config_space = (u8 *)&ndev.config;
156 
157 	if (size != 1 || count != 1)
158 		return false;
159 
160 	if ((offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR) > sizeof(struct virtio_net_config))
161 		pr_error("config offset is too big: %li", offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR);
162 
163 	ioport__write8(data, config_space[offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR]);
164 
165 	return true;
166 }
167 
168 static bool virtio_net_pci_io_in(struct ioport *ioport, struct kvm *kvm, u16 port, void *data, int size, u32 count)
169 {
170 	unsigned long	offset	= port - ndev.base_addr;
171 	bool		ret	= true;
172 
173 	mutex_lock(&ndev.mutex);
174 
175 	switch (offset) {
176 	case VIRTIO_PCI_HOST_FEATURES:
177 		ioport__write32(data, ndev.host_features);
178 		break;
179 	case VIRTIO_PCI_GUEST_FEATURES:
180 		ret = false;
181 		break;
182 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_PFN:
183 		ioport__write32(data, ndev.vqs[ndev.queue_selector].pfn);
184 		break;
185 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NUM:
186 		ioport__write16(data, VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE);
187 		break;
188 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_SEL:
189 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY:
190 		ret = false;
191 		break;
192 	case VIRTIO_PCI_STATUS:
193 		ioport__write8(data, ndev.status);
194 		break;
195 	case VIRTIO_PCI_ISR:
196 		ioport__write8(data, ndev.isr);
197 		kvm__irq_line(kvm, pci_header.irq_line, VIRTIO_IRQ_LOW);
198 		ndev.isr = VIRTIO_IRQ_LOW;
199 		break;
200 	case VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR:
201 		ioport__write16(data, ndev.config_vector);
202 		break;
203 	default:
204 		ret = virtio_net_pci_io_device_specific_in(data, offset, size, count);
205 	};
206 
207 	mutex_unlock(&ndev.mutex);
208 
209 	return ret;
210 }
211 
212 static void virtio_net_handle_callback(struct kvm *kvm, u16 queue_index)
213 {
214 	switch (queue_index) {
215 	case VIRTIO_NET_TX_QUEUE: {
216 		mutex_lock(&ndev.io_tx_lock);
217 		pthread_cond_signal(&ndev.io_tx_cond);
218 		mutex_unlock(&ndev.io_tx_lock);
219 		break;
220 	}
221 	case VIRTIO_NET_RX_QUEUE: {
222 		mutex_lock(&ndev.io_rx_lock);
223 		pthread_cond_signal(&ndev.io_rx_cond);
224 		mutex_unlock(&ndev.io_rx_lock);
225 		break;
226 	}
227 	default:
228 		pr_warning("Unknown queue index %u", queue_index);
229 	}
230 }
231 
232 static bool virtio_net_pci_io_out(struct ioport *ioport, struct kvm *kvm, u16 port, void *data, int size, u32 count)
233 {
234 	unsigned long	offset		= port - ndev.base_addr;
235 	bool		ret		= true;
236 
237 	mutex_lock(&ndev.mutex);
238 
239 	switch (offset) {
240 	case VIRTIO_PCI_GUEST_FEATURES:
241 		ndev.guest_features	= ioport__read32(data);
242 		break;
243 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_PFN: {
244 		struct virt_queue *queue;
245 		void *p;
246 
247 		assert(ndev.queue_selector < VIRTIO_NET_NUM_QUEUES);
248 
249 		queue			= &ndev.vqs[ndev.queue_selector];
250 		queue->pfn		= ioport__read32(data);
251 		p			= guest_pfn_to_host(kvm, queue->pfn);
252 
253 		vring_init(&queue->vring, VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE, p, VIRTIO_PCI_VRING_ALIGN);
254 
255 		break;
256 	}
257 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_SEL:
258 		ndev.queue_selector	= ioport__read16(data);
259 		break;
260 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY: {
261 		u16 queue_index;
262 
263 		queue_index		= ioport__read16(data);
264 		virtio_net_handle_callback(kvm, queue_index);
265 		break;
266 	}
267 	case VIRTIO_PCI_STATUS:
268 		ndev.status		= ioport__read8(data);
269 		break;
270 	case VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR:
271 		ndev.config_vector	= VIRTIO_MSI_NO_VECTOR;
272 		break;
273 	case VIRTIO_MSI_QUEUE_VECTOR:
274 		break;
275 	default:
276 		ret			= false;
277 	};
278 
279 	mutex_unlock(&ndev.mutex);
280 
281 	return ret;
282 }
283 
284 static void ioevent_callback(struct kvm *kvm, void *param)
285 {
286 	virtio_net_handle_callback(kvm, (u64)param);
287 }
288 
289 static struct ioport_operations virtio_net_io_ops = {
290 	.io_in	= virtio_net_pci_io_in,
291 	.io_out	= virtio_net_pci_io_out,
292 };
293 
294 static bool virtio_net__tap_init(const struct virtio_net_parameters *params)
295 {
296 	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
297 	int i, pid, status, offload, hdr_len;
298 	struct sockaddr_in sin = {0};
299 	struct ifreq ifr;
300 
301 	for (i = 0 ; i < 6 ; i++)
302 		ndev.config.mac[i] = params->guest_mac[i];
303 
304 	ndev.tap_fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR);
305 	if (ndev.tap_fd < 0) {
306 		pr_warning("Unable to open /dev/net/tun");
307 		goto fail;
308 	}
309 
310 	memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
311 	ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
312 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETIFF, &ifr) < 0) {
313 		pr_warning("Config tap device error. Are you root?");
314 		goto fail;
315 	}
316 
317 	strncpy(ndev.tap_name, ifr.ifr_name, sizeof(ndev.tap_name));
318 
319 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETNOCSUM, 1) < 0) {
320 		pr_warning("Config tap device TUNSETNOCSUM error");
321 		goto fail;
322 	}
323 
324 	hdr_len = sizeof(struct virtio_net_hdr);
325 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETVNETHDRSZ, &hdr_len) < 0) {
326 		pr_warning("Config tap device TUNSETVNETHDRSZ error");
327 		goto fail;
328 	}
329 
330 	offload = TUN_F_CSUM | TUN_F_TSO4 | TUN_F_TSO6 | TUN_F_UFO;
331 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETOFFLOAD, offload) < 0) {
332 		pr_warning("Config tap device TUNSETOFFLOAD error");
333 		goto fail;
334 	}
335 
336 	if (strcmp(params->script, "none")) {
337 		pid = fork();
338 		if (pid == 0) {
339 			execl(params->script, params->script, ndev.tap_name, NULL);
340 			_exit(1);
341 		} else {
342 			waitpid(pid, &status, 0);
343 			if (WIFEXITED(status) && WEXITSTATUS(status) != 0) {
344 				pr_warning("Fail to setup tap by %s", params->script);
345 				goto fail;
346 			}
347 		}
348 	} else {
349 		memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
350 		strncpy(ifr.ifr_name, ndev.tap_name, sizeof(ndev.tap_name));
351 		sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(params->host_ip);
352 		memcpy(&(ifr.ifr_addr), &sin, sizeof(ifr.ifr_addr));
353 		ifr.ifr_addr.sa_family = AF_INET;
354 		if (ioctl(sock, SIOCSIFADDR, &ifr) < 0) {
355 			pr_warning("Could not set ip address on tap device");
356 			goto fail;
357 		}
358 	}
359 
360 	memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
361 	strncpy(ifr.ifr_name, ndev.tap_name, sizeof(ndev.tap_name));
362 	ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr);
363 	ifr.ifr_flags |= IFF_UP | IFF_RUNNING;
364 	if (ioctl(sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0)
365 		pr_warning("Could not bring tap device up");
366 
367 	close(sock);
368 
369 	return 1;
370 
371 fail:
372 	if (sock >= 0)
373 		close(sock);
374 	if (ndev.tap_fd >= 0)
375 		close(ndev.tap_fd);
376 
377 	return 0;
378 }
379 
380 static void virtio_net__io_thread_init(struct kvm *kvm)
381 {
382 	pthread_mutex_init(&ndev.io_rx_lock, NULL);
383 	pthread_cond_init(&ndev.io_tx_cond, NULL);
384 
385 	pthread_mutex_init(&ndev.io_rx_lock, NULL);
386 	pthread_cond_init(&ndev.io_tx_cond, NULL);
387 
388 	pthread_create(&ndev.io_rx_thread, NULL, virtio_net_rx_thread, (void *)kvm);
389 	pthread_create(&ndev.io_tx_thread, NULL, virtio_net_tx_thread, (void *)kvm);
390 }
391 
392 void virtio_net__init(const struct virtio_net_parameters *params)
393 {
394 	if (virtio_net__tap_init(params)) {
395 		u8 dev, line, pin;
396 		u16 net_base_addr;
397 		u64 i;
398 		struct ioevent ioevent;
399 
400 		if (irq__register_device(VIRTIO_ID_NET, &dev, &pin, &line) < 0)
401 			return;
402 
403 		pci_header.irq_pin	= pin;
404 		pci_header.irq_line	= line;
405 		net_base_addr		= ioport__register(IOPORT_EMPTY, &virtio_net_io_ops, IOPORT_SIZE, NULL);
406 		pci_header.bar[0]	= net_base_addr | PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO;
407 		ndev.base_addr		= net_base_addr;
408 
409 		pci__register(&pci_header, dev);
410 
411 		virtio_net__io_thread_init(params->kvm);
412 
413 		for (i = 0; i < VIRTIO_NET_NUM_QUEUES; i++) {
414 			ioevent = (struct ioevent) {
415 				.io_addr		= net_base_addr + VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY,
416 				.io_len			= sizeof(u16),
417 				.fn			= ioevent_callback,
418 				.datamatch		= i,
419 				.fn_ptr			= (void *)i,
420 				.fn_kvm			= params->kvm,
421 				.fd			= eventfd(0, 0),
422 			};
423 
424 			ioeventfd__add_event(&ioevent);
425 		}
426 	}
427 }
428