xref: /kvmtool/virtio/net.c (revision a0db70d9b657c82b4ebded161732b20694205e92) 
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_dev {
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 	int				mode;
68 
69 };
70 
71 
72 static struct net_dev ndev = {
73 	.mutex	= PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,
74 
75 	.config = {
76 		.mac			= {0x00, 0x15, 0x15, 0x15, 0x15, 0x15},
77 		.status			= VIRTIO_NET_S_LINK_UP,
78 	},
79 	.host_features			= 1UL << VIRTIO_NET_F_MAC
80 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_CSUM
81 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_UFO
82 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4
83 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6
84 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO
85 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4
86 					| 1UL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6,
87 };
88 
89 static void *virtio_net_rx_thread(void *p)
90 {
91 	struct iovec iov[VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE];
92 	struct virt_queue *vq;
93 	struct kvm *kvm;
94 	u16 out, in;
95 	u16 head;
96 	int len;
97 
98 	kvm	= p;
99 	vq	= &ndev.vqs[VIRTIO_NET_RX_QUEUE];
100 
101 	while (1) {
102 		mutex_lock(&ndev.io_rx_lock);
103 		if (!virt_queue__available(vq))
104 			pthread_cond_wait(&ndev.io_rx_cond, &ndev.io_rx_lock);
105 		mutex_unlock(&ndev.io_rx_lock);
106 
107 		while (virt_queue__available(vq)) {
108 			head = virt_queue__get_iov(vq, iov, &out, &in, kvm);
109 			len  = readv(ndev.tap_fd, iov, in);
110 			virt_queue__set_used_elem(vq, head, len);
111 
112 			/* We should interrupt guest right now, otherwise latency is huge. */
113 			virt_queue__trigger_irq(vq, pci_header.irq_line, &ndev.isr, kvm);
114 		}
115 
116 	}
117 
118 	pthread_exit(NULL);
119 	return NULL;
120 
121 }
122 
123 static void *virtio_net_tx_thread(void *p)
124 {
125 	struct iovec iov[VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE];
126 	struct virt_queue *vq;
127 	struct kvm *kvm;
128 	u16 out, in;
129 	u16 head;
130 	int len;
131 
132 	kvm	= p;
133 	vq	= &ndev.vqs[VIRTIO_NET_TX_QUEUE];
134 
135 	while (1) {
136 		mutex_lock(&ndev.io_tx_lock);
137 		if (!virt_queue__available(vq))
138 			pthread_cond_wait(&ndev.io_tx_cond, &ndev.io_tx_lock);
139 		mutex_unlock(&ndev.io_tx_lock);
140 
141 		while (virt_queue__available(vq)) {
142 			head = virt_queue__get_iov(vq, iov, &out, &in, kvm);
143 			len  = writev(ndev.tap_fd, iov, out);
144 			virt_queue__set_used_elem(vq, head, len);
145 		}
146 
147 		virt_queue__trigger_irq(vq, pci_header.irq_line, &ndev.isr, kvm);
148 
149 	}
150 
151 	pthread_exit(NULL);
152 
153 	return NULL;
154 
155 }
156 
157 static bool virtio_net_pci_io_device_specific_in(void *data, unsigned long offset, int size, u32 count)
158 {
159 	u8 *config_space = (u8 *)&ndev.config;
160 
161 	if (size != 1 || count != 1)
162 		return false;
163 
164 	if ((offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR) > sizeof(struct virtio_net_config))
165 		pr_error("config offset is too big: %li", offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR);
166 
167 	ioport__write8(data, config_space[offset - VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR]);
168 
169 	return true;
170 }
171 
172 static bool virtio_net_pci_io_in(struct ioport *ioport, struct kvm *kvm, u16 port, void *data, int size, u32 count)
173 {
174 	unsigned long	offset	= port - ndev.base_addr;
175 	bool		ret	= true;
176 
177 	mutex_lock(&ndev.mutex);
178 
179 	switch (offset) {
180 	case VIRTIO_PCI_HOST_FEATURES:
181 		ioport__write32(data, ndev.host_features);
182 		break;
183 	case VIRTIO_PCI_GUEST_FEATURES:
184 		ret = false;
185 		break;
186 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_PFN:
187 		ioport__write32(data, ndev.vqs[ndev.queue_selector].pfn);
188 		break;
189 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NUM:
190 		ioport__write16(data, VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE);
191 		break;
192 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_SEL:
193 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY:
194 		ret = false;
195 		break;
196 	case VIRTIO_PCI_STATUS:
197 		ioport__write8(data, ndev.status);
198 		break;
199 	case VIRTIO_PCI_ISR:
200 		ioport__write8(data, ndev.isr);
201 		kvm__irq_line(kvm, pci_header.irq_line, VIRTIO_IRQ_LOW);
202 		ndev.isr = VIRTIO_IRQ_LOW;
203 		break;
204 	case VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR:
205 		ioport__write16(data, ndev.config_vector);
206 		break;
207 	default:
208 		ret = virtio_net_pci_io_device_specific_in(data, offset, size, count);
209 	};
210 
211 	mutex_unlock(&ndev.mutex);
212 
213 	return ret;
214 }
215 
216 static void virtio_net_handle_callback(struct kvm *kvm, u16 queue_index)
217 {
218 	switch (queue_index) {
219 	case VIRTIO_NET_TX_QUEUE: {
220 		mutex_lock(&ndev.io_tx_lock);
221 		pthread_cond_signal(&ndev.io_tx_cond);
222 		mutex_unlock(&ndev.io_tx_lock);
223 		break;
224 	}
225 	case VIRTIO_NET_RX_QUEUE: {
226 		mutex_lock(&ndev.io_rx_lock);
227 		pthread_cond_signal(&ndev.io_rx_cond);
228 		mutex_unlock(&ndev.io_rx_lock);
229 		break;
230 	}
231 	default:
232 		pr_warning("Unknown queue index %u", queue_index);
233 	}
234 }
235 
236 static bool virtio_net_pci_io_out(struct ioport *ioport, struct kvm *kvm, u16 port, void *data, int size, u32 count)
237 {
238 	unsigned long	offset		= port - ndev.base_addr;
239 	bool		ret		= true;
240 
241 	mutex_lock(&ndev.mutex);
242 
243 	switch (offset) {
244 	case VIRTIO_PCI_GUEST_FEATURES:
245 		ndev.guest_features	= ioport__read32(data);
246 		break;
247 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_PFN: {
248 		struct virt_queue *queue;
249 		void *p;
250 
251 		assert(ndev.queue_selector < VIRTIO_NET_NUM_QUEUES);
252 
253 		queue			= &ndev.vqs[ndev.queue_selector];
254 		queue->pfn		= ioport__read32(data);
255 		p			= guest_pfn_to_host(kvm, queue->pfn);
256 
257 		vring_init(&queue->vring, VIRTIO_NET_QUEUE_SIZE, p, VIRTIO_PCI_VRING_ALIGN);
258 
259 		break;
260 	}
261 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_SEL:
262 		ndev.queue_selector	= ioport__read16(data);
263 		break;
264 	case VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY: {
265 		u16 queue_index;
266 
267 		queue_index		= ioport__read16(data);
268 		virtio_net_handle_callback(kvm, queue_index);
269 		break;
270 	}
271 	case VIRTIO_PCI_STATUS:
272 		ndev.status		= ioport__read8(data);
273 		break;
274 	case VIRTIO_MSI_CONFIG_VECTOR:
275 		ndev.config_vector	= VIRTIO_MSI_NO_VECTOR;
276 		break;
277 	case VIRTIO_MSI_QUEUE_VECTOR:
278 		break;
279 	default:
280 		ret			= false;
281 	};
282 
283 	mutex_unlock(&ndev.mutex);
284 
285 	return ret;
286 }
287 
288 static void ioevent_callback(struct kvm *kvm, void *param)
289 {
290 	virtio_net_handle_callback(kvm, (u64)(long)param);
291 }
292 
293 static struct ioport_operations virtio_net_io_ops = {
294 	.io_in	= virtio_net_pci_io_in,
295 	.io_out	= virtio_net_pci_io_out,
296 };
297 
298 static bool virtio_net__tap_init(const struct virtio_net_parameters *params)
299 {
300 	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
301 	int i, pid, status, offload, hdr_len;
302 	struct sockaddr_in sin = {0};
303 	struct ifreq ifr;
304 
305 	for (i = 0 ; i < 6 ; i++)
306 		ndev.config.mac[i] = params->guest_mac[i];
307 
308 	ndev.tap_fd = open("/dev/net/tun", O_RDWR);
309 	if (ndev.tap_fd < 0) {
310 		pr_warning("Unable to open /dev/net/tun");
311 		goto fail;
312 	}
313 
314 	memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
315 	ifr.ifr_flags = IFF_TAP | IFF_NO_PI | IFF_VNET_HDR;
316 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETIFF, &ifr) < 0) {
317 		pr_warning("Config tap device error. Are you root?");
318 		goto fail;
319 	}
320 
321 	strncpy(ndev.tap_name, ifr.ifr_name, sizeof(ndev.tap_name));
322 
323 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETNOCSUM, 1) < 0) {
324 		pr_warning("Config tap device TUNSETNOCSUM error");
325 		goto fail;
326 	}
327 
328 	hdr_len = sizeof(struct virtio_net_hdr);
329 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETVNETHDRSZ, &hdr_len) < 0) {
330 		pr_warning("Config tap device TUNSETVNETHDRSZ error");
331 		goto fail;
332 	}
333 
334 	offload = TUN_F_CSUM | TUN_F_TSO4 | TUN_F_TSO6 | TUN_F_UFO;
335 	if (ioctl(ndev.tap_fd, TUNSETOFFLOAD, offload) < 0) {
336 		pr_warning("Config tap device TUNSETOFFLOAD error");
337 		goto fail;
338 	}
339 
340 	if (strcmp(params->script, "none")) {
341 		pid = fork();
342 		if (pid == 0) {
343 			execl(params->script, params->script, ndev.tap_name, NULL);
344 			_exit(1);
345 		} else {
346 			waitpid(pid, &status, 0);
347 			if (WIFEXITED(status) && WEXITSTATUS(status) != 0) {
348 				pr_warning("Fail to setup tap by %s", params->script);
349 				goto fail;
350 			}
351 		}
352 	} else {
353 		memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
354 		strncpy(ifr.ifr_name, ndev.tap_name, sizeof(ndev.tap_name));
355 		sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(params->host_ip);
356 		memcpy(&(ifr.ifr_addr), &sin, sizeof(ifr.ifr_addr));
357 		ifr.ifr_addr.sa_family = AF_INET;
358 		if (ioctl(sock, SIOCSIFADDR, &ifr) < 0) {
359 			pr_warning("Could not set ip address on tap device");
360 			goto fail;
361 		}
362 	}
363 
364 	memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
365 	strncpy(ifr.ifr_name, ndev.tap_name, sizeof(ndev.tap_name));
366 	ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr);
367 	ifr.ifr_flags |= IFF_UP | IFF_RUNNING;
368 	if (ioctl(sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0)
369 		pr_warning("Could not bring tap device up");
370 
371 	close(sock);
372 
373 	return 1;
374 
375 fail:
376 	if (sock >= 0)
377 		close(sock);
378 	if (ndev.tap_fd >= 0)
379 		close(ndev.tap_fd);
380 
381 	return 0;
382 }
383 
384 static void virtio_net__io_thread_init(struct kvm *kvm)
385 {
386 	pthread_mutex_init(&ndev.io_rx_lock, NULL);
387 	pthread_cond_init(&ndev.io_tx_cond, NULL);
388 
389 	pthread_mutex_init(&ndev.io_rx_lock, NULL);
390 	pthread_cond_init(&ndev.io_tx_cond, NULL);
391 
392 	pthread_create(&ndev.io_rx_thread, NULL, virtio_net_rx_thread, (void *)kvm);
393 	pthread_create(&ndev.io_tx_thread, NULL, virtio_net_tx_thread, (void *)kvm);
394 }
395 
396 void virtio_net__init(const struct virtio_net_parameters *params)
397 {
398 	if (virtio_net__tap_init(params)) {
399 		u8 dev, line, pin;
400 		u16 net_base_addr;
401 		u64 i;
402 		struct ioevent ioevent;
403 
404 		if (irq__register_device(VIRTIO_ID_NET, &dev, &pin, &line) < 0)
405 			return;
406 
407 		pci_header.irq_pin	= pin;
408 		pci_header.irq_line	= line;
409 		net_base_addr		= ioport__register(IOPORT_EMPTY, &virtio_net_io_ops, IOPORT_SIZE, NULL);
410 		pci_header.bar[0]	= net_base_addr | PCI_BASE_ADDRESS_SPACE_IO;
411 		ndev.base_addr		= net_base_addr;
412 
413 		pci__register(&pci_header, dev);
414 
415 		virtio_net__io_thread_init(params->kvm);
416 
417 		for (i = 0; i < VIRTIO_NET_NUM_QUEUES; i++) {
418 			ioevent = (struct ioevent) {
419 				.io_addr		= net_base_addr + VIRTIO_PCI_QUEUE_NOTIFY,
420 				.io_len			= sizeof(u16),
421 				.fn			= ioevent_callback,
422 				.datamatch		= i,
423 				.fn_ptr			= (void *)(long)i,
424 				.fn_kvm			= params->kvm,
425 				.fd			= eventfd(0, 0),
426 			};
427 
428 			ioeventfd__add_event(&ioevent);
429 		}
430 	}
431 }
432