xref: /kvmtool/virtio/net.c (revision 7c88c87ee72d073bf5e23197ee9a3eb99c03b8f7) 
1 #include "kvm/virtio-pci-dev.h"
2 #include "kvm/virtio-net.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/uip.h"
12 #include "kvm/ioeventfd.h"
13 
14 #include <linux/virtio_net.h>
15 #include <linux/if_tun.h>
16 
17 #include <arpa/inet.h>
18 #include <net/if.h>
19 
20 #include <unistd.h>
21 #include <assert.h>
22 #include <fcntl.h>
23 
24 #include <sys/socket.h>
25 #include <sys/ioctl.h>
26 #include <sys/types.h>
27 #include <sys/wait.h>
28 
29 #define VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE		128
30 #define VIRTIO_NET_NUM_QUEUES		2
31 #define VIRTIO_NET_RX_QUEUE		0
32 #define VIRTIO_NET_TX_QUEUE		1
33 
34 static struct pci_device_header pci_header = {
35 	.vendor_id			= PCI_VENDOR_ID_REDHAT_QUMRANET,
36 	.device_id			= PCI_DEVICE_ID_VIRTIO_NET,
37 	.header_type			= PCI_HEADER_TYPE_NORMAL,
38 	.revision_id			= 0,
39 	.class				= 0x020000,
40 	.subsys_vendor_id		= PCI_SUBSYSTEM_VENDOR_ID_REDHAT_QUMRANET,
41 	.subsys_id			= VIRTIO_ID_NET,
42 };
43 
44 struct net_dev;
45 
46 struct net_dev_operations {
47 	int (*rx)(struct iovec *iov, u16 in, struct net_dev *ndev);
48 	int (*tx)(struct iovec *iov, u16 in, struct net_dev *ndev);
49 };
50 
51 struct net_dev {
52 	pthread_mutex_t			mutex;
53 
54 	struct virt_queue		vqs[VIRTIO_NET_NUM_QUEUES];
55 	struct virtio_net_config	config;
56 	u32				host_features;
57 	u32				guest_features;
58 	u16				config_vector;
59 	u8				status;
60 	u8				isr;
61 	u16				queue_selector;
62 	u16				base_addr;
63 
64 	pthread_t			io_rx_thread;
65 	pthread_mutex_t			io_rx_lock;
66 	pthread_cond_t			io_rx_cond;
67 
68 	pthread_t			io_tx_thread;
69 	pthread_mutex_t			io_tx_lock;
70 	pthread_cond_t			io_tx_cond;
71 
72 	int				tap_fd;
73 	char				tap_name[IFNAMSIZ];
74 
75 	int				mode;
76 
77 	struct uip_info			info;
78 	struct net_dev_operations	*ops;
79 };
80 
81 static struct net_dev ndev = {
82 	.mutex	= PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,
83 
84 	.config = {
85 		.status			= VIRTIO_NET_S_LINK_UP,
86 	},
87 	.host_features			= 1UL << VIRTIO_NET_F_MAC
88 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_CSUM
89 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_UFO
90 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4
91 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6
92 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO
93 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4
94 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6,
95 	.info = {
96 		.buf_nr			= 20,
97 	}
98 };
99 
100 static void *virtio_net_rx_thread(void *p)
101 {
102 	struct iovec iov[VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE];
103 	struct virt_queue *vq;
104 	struct kvm *kvm;
105 	u16 out, in;
106 	u16 head;
107 	int len;
108 
109 	kvm	= p;
110 	vq	= &ndev.vqs[VIRTIO_NET_RX_QUEUE];
111 
112 	while (1) {
113 
114 		mutex_lock(&ndev.io_rx_lock);
115 		if (!virt_queue__available(vq))
116 			pthread_cond_wait(&ndev.io_rx_cond, &ndev.io_rx_lock);
117 		mutex_unlock(&ndev.io_rx_lock);
118 
119 		while (virt_queue__available(vq)) {
120 
121 			head = virt_queue__get_iov(vq, iov, &out, &in, kvm);
122 
123 			len = ndev.ops->rx(iov, in, &ndev);
124 
125 			virt_queue__set_used_elem(vq, head, len);
126 
127 			/* We should interrupt guest right now, otherwise latency is huge. */
128 			virt_queue__trigger_irq(vq, pci_header.irq_line, &ndev.isr, kvm);
129 		}
130 
131 	}
132 
133 	pthread_exit(NULL);
134 	return NULL;
135 
136 }
137 
138 static void *virtio_net_tx_thread(void *p)
139 {
140 	struct iovec iov[VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE];
141 	struct virt_queue *vq;
142 	struct kvm *kvm;
143 	u16 out, in;
144 	u16 head;
145 	int len;
146 
147 	kvm	= p;
148 	vq	= &ndev.vqs[VIRTIO_NET_TX_QUEUE];
149 
150 	while (1) {
151 		mutex_lock(&ndev.io_tx_lock);
152 		if (!virt_queue__available(vq))
153 			pthread_cond_wait(&ndev.io_tx_cond, &ndev.io_tx_lock);
154 		mutex_unlock(&ndev.io_tx_lock);
155 
156 		while (virt_queue__available(vq)) {
157 
158 			head = virt_queue__get_iov(vq, iov, &out, &in, kvm);
159 
160 			len = ndev.ops->tx(iov, out, &ndev);
161 
162 			virt_queue__set_used_elem(vq, head, len);
163 		}
164 
165 		virt_queue__trigger_irq(vq, pci_header.irq_line, &ndev.isr, kvm);
166 
167 	}
168 
169 	pthread_exit(NULL);
170 
171 	return NULL;
172 
173 }
174 
175 static bool virtio_net_pci_io_device_specific_in(void *data, unsigned long offset, int size, u32 count)
176 {
177 	u8 *config_space = (u8 *)&ndev.config;
178 
179 	if (size != 1 || count != 1)
180 		return false;
181 
182 	if ((offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR) > sizeof(struct virtio_net_config))
183 		pr_error("config offset is too big: %li", offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR);
184 
185 	ioport__write8(data, config_space[offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR]);
186 
187 	return true;
188 }
189 
190 static bool virtio_net_pci_io_in(struct ioport *ioport, struct kvm *kvm, u16 port, void *data, int size, u32 count)
191 {
192 	unsigned long	offset	= port - ndev.base_addr;
193 	bool		ret	= true;
194 
195 	mutex_lock(&ndev.mutex);
196 
197 	switch (offset) {
198 	case VIRTIO_PCI_HOST_FEATURES:
199 		ioport__write32(data, ndev.host_features);
200 		break;
201 	case VIRTIO_PCI_GUEST_FEATURES:
202 		ret = false;
203 		break;
204 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_PFN:
205 		ioport__write32(data, ndev.vqs[ndev.queue_selector].pfn);
206 		break;
207 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NUM:
208 		ioport__write16(data, VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE);
209 		break;
210 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_SEL:
211 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY:
212 		ret = false;
213 		break;
214 	case VIRTIO_PCI_STATUS:
215 		ioport__write8(data, ndev.status);
216 		break;
217 	case VIRTIO_PCI_ISR:
218 		ioport__write8(data, ndev.isr);
219 		kvm__irq_line(kvm, pci_header.irq_line, VIRTIO_IRQ_LOW);
220 		ndev.isr = VIRTIO_IRQ_LOW;
221 		break;
222 	default:
223 		ret = virtio_net_pci_io_device_specific_in(data, offset, size, count);
224 	};
225 
226 	mutex_unlock(&ndev.mutex);
227 
228 	return ret;
229 }
230 
231 static void virtio_net_handle_callback(struct kvm *kvm, u16 queue_index)
232 {
233 	switch (queue_index) {
234 	case VIRTIO_NET_TX_QUEUE:
235 		mutex_lock(&ndev.io_tx_lock);
236 		pthread_cond_signal(&ndev.io_tx_cond);
237 		mutex_unlock(&ndev.io_tx_lock);
238 		break;
239 	case VIRTIO_NET_RX_QUEUE:
240 		mutex_lock(&ndev.io_rx_lock);
241 		pthread_cond_signal(&ndev.io_rx_cond);
242 		mutex_unlock(&ndev.io_rx_lock);
243 		break;
244 	default:
245 		pr_warning("Unknown queue index %u", queue_index);
246 	}
247 }
248 
249 static bool virtio_net_pci_io_out(struct ioport *ioport, struct kvm *kvm, u16 port, void *data, int size, u32 count)
250 {
251 	unsigned long	offset		= port - ndev.base_addr;
252 	bool		ret		= true;
253 
254 	mutex_lock(&ndev.mutex);
255 
256 	switch (offset) {
257 	case VIRTIO_PCI_GUEST_FEATURES:
258 		ndev.guest_features	= ioport__read32(data);
259 		break;
260 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_PFN: {
261 		struct virt_queue *queue;
262 		void *p;
263 
264 		assert(ndev.queue_selector < VIRTIO_NET_NUM_QUEUES);
265 
266 		queue			= &ndev.vqs[ndev.queue_selector];
267 		queue->pfn		= ioport__read32(data);
268 		p			= guest_pfn_to_host(kvm, queue->pfn);
269 
270 		vring_init(&queue->vring, VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE, p, VIRTIO_PCI_VRING_ALIGN);
271 
272 		break;
273 	}
274 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_SEL:
275 		ndev.queue_selector	= ioport__read16(data);
276 		break;
277 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY: {
278 		u16 queue_index;
279 
280 		queue_index		= ioport__read16(data);
281 		virtio_net_handle_callback(kvm, queue_index);
282 		break;
283 	}
284 	case VIRTIO_PCI_STATUS:
285 		ndev.status		= ioport__read8(data);
286 		break;
287 	case VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR:
288 		ndev.config_vector	= VIRTIO_MSI_NO_VECTOR;
289 		break;
290 	case VIRTIO_MSI_QUEUE_VECTOR:
291 		break;
292 	default:
293 		ret			= false;
294 	};
295 
296 	mutex_unlock(&ndev.mutex);
297 
298 	return ret;
299 }
300 
301 static void ioevent_callback(struct kvm *kvm, void *param)
302 {
303 	virtio_net_handle_callback(kvm, (u64)(long)param);
304 }
305 
306 static struct ioport_operations virtio_net_io_ops = {
307 	.io_in	= virtio_net_pci_io_in,
308 	.io_out	= virtio_net_pci_io_out,
309 };
310 
311 static bool virtio_net__tap_init(const struct virtio_net_parameters *params)
312 {
313 	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
314 	int pid, status, offload, hdr_len;
315 	struct sockaddr_in sin = {0};
316 	struct ifreq ifr;
317 
318 	ndev.tap_fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR);
319 	if (ndev.tap_fd < 0) {
320 		pr_warning("Unable to open /dev/net/tun");
321 		goto fail;
322 	}
323 
324 	memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
325 	ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
326 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETIFF, &ifr) < 0) {
327 		pr_warning("Config tap device error. Are you root?");
328 		goto fail;
329 	}
330 
331 	strncpy(ndev.tap_name, ifr.ifr_name, sizeof(ndev.tap_name));
332 
333 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETNOCSUM, 1) < 0) {
334 		pr_warning("Config tap device TUNSETNOCSUM error");
335 		goto fail;
336 	}
337 
338 	hdr_len = sizeof(struct virtio_net_hdr);
339 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETVNETHDRSZ, &hdr_len) < 0) {
340 		pr_warning("Config tap device TUNSETVNETHDRSZ error");
341 	}
342 
343 	offload = TUN_F_CSUM | TUN_F_TSO4 | TUN_F_TSO6 | TUN_F_UFO;
344 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETOFFLOAD, offload) < 0) {
345 		pr_warning("Config tap device TUNSETOFFLOAD error");
346 		goto fail;
347 	}
348 
349 	if (strcmp(params->script, "none")) {
350 		pid = fork();
351 		if (pid == 0) {
352 			execl(params->script, params->script, ndev.tap_name, NULL);
353 			_exit(1);
354 		} else {
355 			waitpid(pid, &status, 0);
356 			if (WIFEXITED(status) && WEXITSTATUS(status) != 0) {
357 				pr_warning("Fail to setup tap by %s", params->script);
358 				goto fail;
359 			}
360 		}
361 	} else {
362 		memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
363 		strncpy(ifr.ifr_name, ndev.tap_name, sizeof(ndev.tap_name));
364 		sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(params->host_ip);
365 		memcpy(&(ifr.ifr_addr), &sin, sizeof(ifr.ifr_addr));
366 		ifr.ifr_addr.sa_family = AF_INET;
367 		if (ioctl(sock, SIOCSIFADDR, &ifr) < 0) {
368 			pr_warning("Could not set ip address on tap device");
369 			goto fail;
370 		}
371 	}
372 
373 	memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
374 	strncpy(ifr.ifr_name, ndev.tap_name, sizeof(ndev.tap_name));
375 	ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr);
376 	ifr.ifr_flags |= IFF_UP | IFF_RUNNING;
377 	if (ioctl(sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0)
378 		pr_warning("Could not bring tap device up");
379 
380 	close(sock);
381 
382 	return 1;
383 
384 fail:
385 	if (sock >= 0)
386 		close(sock);
387 	if (ndev.tap_fd >= 0)
388 		close(ndev.tap_fd);
389 
390 	return 0;
391 }
392 
393 static void virtio_net__io_thread_init(struct kvm *kvm)
394 {
395 	pthread_mutex_init(&ndev.io_rx_lock, NULL);
396 	pthread_cond_init(&ndev.io_tx_cond, NULL);
397 
398 	pthread_mutex_init(&ndev.io_rx_lock, NULL);
399 	pthread_cond_init(&ndev.io_tx_cond, NULL);
400 
401 	pthread_create(&ndev.io_rx_thread, NULL, virtio_net_rx_thread, (void *)kvm);
402 	pthread_create(&ndev.io_tx_thread, NULL, virtio_net_tx_thread, (void *)kvm);
403 }
404 
405 static inline int tap_ops_tx(struct iovec *iov, u16 out, struct net_dev *ndev)
406 {
407 	return writev(ndev->tap_fd, iov, out);
408 }
409 
410 static inline int tap_ops_rx(struct iovec *iov, u16 in, struct net_dev *ndev)
411 {
412 	return readv(ndev->tap_fd, iov, in);
413 }
414 
415 static inline int uip_ops_tx(struct iovec *iov, u16 out, struct net_dev *ndev)
416 {
417 	return uip_tx(iov, out, &ndev->info);
418 }
419 
420 static inline int uip_ops_rx(struct iovec *iov, u16 in, struct net_dev *ndev)
421 {
422 	return uip_rx(iov, in, &ndev->info);
423 }
424 
425 static struct net_dev_operations tap_ops = {
426 	.rx	= tap_ops_rx,
427 	.tx	= tap_ops_tx,
428 };
429 
430 static struct net_dev_operations uip_ops = {
431 	.rx	= uip_ops_rx,
432 	.tx	= uip_ops_tx,
433 };
434 
435 void virtio_net__init(const struct virtio_net_parameters *params)
436 {
437 	struct ioevent ioevent;
438 	u8 dev, line, pin;
439 	u16 net_base_addr;
440 	int i;
441 
442 	if (irq__register_device(VIRTIO_ID_NET, &dev, &pin, &line) < 0)
443 		return;
444 
445 	pci_header.irq_pin  = pin;
446 	pci_header.irq_line = line;
447 	net_base_addr	    = ioport__register(IOPORT_EMPTY, &virtio_net_io_ops, IOPORT_SIZE, NULL);
448 	pci_header.bar[0]   = net_base_addr | PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO;
449 	ndev.base_addr	    = net_base_addr;
450 	pci__register(&pci_header, dev);
451 
452 	for (i = 0 ; i < 6 ; i++) {
453 		ndev.config.mac[i]		= params->guest_mac[i];
454 		ndev.info.guest_mac.addr[i]	= params->guest_mac[i];
455 		ndev.info.host_mac.addr[i]	= params->host_mac[i];
456 	}
457 
458 	ndev.mode = params->mode;
459 	if (ndev.mode == NET_MODE_TAP) {
460 		virtio_net__tap_init(params);
461 		ndev.ops = &tap_ops;
462 	} else {
463 		ndev.info.host_ip		= ntohl(inet_addr(params->host_ip));
464 		ndev.info.guest_ip		= ntohl(inet_addr(params->guest_ip));
465 		ndev.info.guest_netmask		= ntohl(inet_addr("255.255.255.0"));
466 		uip_init(&ndev.info);
467 		ndev.ops = &uip_ops;
468 	}
469 
470 	virtio_net__io_thread_init(params->kvm);
471 
472 	for (i = 0; i < VIRTIO_NET_NUM_QUEUES; i++) {
473 		ioevent = (struct ioevent) {
474 			.io_addr	= net_base_addr + VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY,
475 			.io_len		= sizeof(u16),
476 			.fn		= ioevent_callback,
477 			.datamatch	= i,
478 			.fn_ptr		= (void *)(long)i,
479 			.fn_kvm		= params->kvm,
480 			.fd		= eventfd(0, 0),
481 		};
482 
483 		ioeventfd__add_event(&ioevent);
484 	}
485 }
486