palacios/src/palacios/vmm_vnet.c

   1 /*
   2  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   3  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   4  * Science Foundation and the Department of Energy.
   5  *
   6  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   7  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   8  * http://www.v3vee.org
   9  *
  10  * Copyright (c) 2009, Lei Xia <lxia@northwestern.edu>
  11  * Copyright (c) 2009, Yuan Tang <ytang@northwestern.edu>
  12  * Copyright (c) 2009, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  13  * All rights reserved.
  14  *
  15  * Author: Lei Xia <lxia@northwestern.edu>
  16  *         Yuan Tang <ytang@northwestern.edu>
  17  *
  18  * This is free software.  You are permitted to use,
  19  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  20  */
  21
  22 #include <palacios/vmm_vnet.h>
  23 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  24 #include <palacios/vmm_lock.h>
  25 #include <palacios/vmm_queue.h>
  26 #include <palacios/vmm_sprintf.h>
  27
  28 #ifndef CONFIG_DEBUG_VNET
  29 #undef PrintDebug
  30 #define PrintDebug(fmt, args...)
  31 #endif
  32
  33
  34
  35 struct eth_hdr {
  36     uint8_t dst_mac[6];
  37     uint8_t src_mac[6];
  38     uint16_t type; // indicates layer 3 protocol type
  39 } __attribute__((packed));
  40
  41
  42
  43
  44
  45 struct vnet_dev {
  46
  47     uint8_t mac_addr[6];
  48     struct v3_vm_info * vm;
  49
  50     int (*input)(struct v3_vm_info * vm, struct v3_vnet_pkt * pkt,  void * private_data);
  51     void * private_data;
  52
  53     int dev_id;
  54     struct list_head node;
  55 } __attribute__((packed));
  56
  57
  58
  59
  60
  61 struct vnet_route_info {
  62     struct v3_vnet_route route_def;
  63
  64     struct vnet_dev * dst_dev;
  65     struct vnet_dev * src_dev;
  66
  67     struct list_head node;
  68     struct list_head match_node; // used for route matching
  69 };
  70
  71
  72
  73
  74 struct route_list {
  75     uint8_t hash_buf[VNET_HASH_SIZE];
  76
  77     uint32_t num_routes;
  78     struct vnet_route_info * routes[0];
  79 } __attribute__((packed));
  80
  81
  82
  83 static struct {
  84     struct list_head routes;
  85     struct list_head devs;
  86
  87     int num_routes;
  88     int num_devs;
  89
  90     v3_lock_t lock;
  91
  92     struct gen_queue * inpkt_q;
  93     struct hashtable * route_cache;
  94
  95 } vnet_state;
  96
  97
  98
  99
 100 #ifdef CONFIG_DEBUG_VNET
 101 static inline void mac_to_string(char mac[6], char * buf) {
 102     snprintf(buf, 20, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
 103              mac[0], mac[1], mac[2],
 104              mac[3], mac[4], mac[5]);
 105 }
 106
 107 #endif
 108
 109
 110 /*
 111  * A VNET packet is a packed struct with the hashed fields grouped together.
 112  * This means we can generate the hash from an offset into the pkt struct
 113  */
 114 static inline uint_t hash_fn(addr_t hdr_ptr) {
 115     uint8_t * hdr_buf = (uint8_t *)&(hdr_ptr);
 116
 117     return v3_hash_buffer(hdr_buf, VNET_HASH_SIZE);
 118 }
 119
 120 static inline int hash_eq(addr_t key1, addr_t key2) {
 121     return (memcmp((uint8_t *)key1, (uint8_t *)key2, VNET_HASH_SIZE) == 0);
 122 }
 123
 124
 125 static int add_route_to_cache(struct v3_vnet_pkt * pkt, struct route_list * routes) {
 126     memcpy(routes->hash_buf, pkt->hash_buf, VNET_HASH_SIZE);
 127
 128     if (v3_htable_insert(vnet_state.route_cache, (addr_t)routes->hash_buf, (addr_t)routes) == 0) {
 129         PrintError("Vnet: Failed to insert new route entry to the cache\n");
 130         return -1;
 131     }
 132
 133     return 0;
 134 }
 135
 136 static int clear_hash_cache() {
 137
 138     v3_free_htable(vnet_state.route_cache, 1, 1);
 139     vnet_state.route_cache = v3_create_htable(0, &hash_fn, &hash_eq);
 140
 141     return 0;
 142 }
 143
 144 static int look_into_cache(struct v3_vnet_pkt * pkt, struct route_list ** routes) {
 145
 146     *routes = (struct route_list *)v3_htable_search(vnet_state.route_cache, (addr_t)pkt);
 147
 148     return 0;
 149 }
 150
 151
 152 struct vnet_dev * find_dev_by_id(int idx) {
 153     struct vnet_dev * dev = NULL;
 154
 155     list_for_each_entry(dev, &(vnet_state.devs), node) {
 156         int dev_id = dev->dev_id;
 157
 158         if (dev_id == idx)
 159             return dev;
 160     }
 161
 162     return NULL;
 163 }
 164
 165 static struct vnet_dev * find_dev_by_mac(char * name) {
 166     struct vnet_dev * dev = NULL;
 167
 168     list_for_each_entry(dev, &(vnet_state.devs), node) {
 169         if (!memcmp(dev->mac_addr, name, 6))
 170             return dev;
 171     }
 172
 173     return NULL;
 174 }
 175
 176
 177 int v3_vnet_add_route(struct v3_vnet_route route) {
 178     struct vnet_route_info * new_route = NULL;
 179     unsigned long flags;
 180
 181     new_route = (struct vnet_route_info *)V3_Malloc(sizeof(struct vnet_route_info));
 182     memset(new_route, 0, sizeof(struct vnet_route_info));
 183
 184     PrintDebug("Vnet: vnet_add_route_entry\n");
 185
 186     new_route->route_def = route;
 187
 188     /* TODO: Find devices */
 189     if (new_route->route_def.dst_type == LINK_INTERFACE) {
 190         new_route->dst_dev = find_dev_by_id(new_route->route_def.dst_id);
 191     }
 192
 193     if (new_route->route_def.src_type == LINK_INTERFACE) {
 194         new_route->src_dev = find_dev_by_id(new_route->route_def.src_id);
 195     }
 196
 197     flags = v3_lock_irqsave(vnet_state.lock);
 198     list_add(&(new_route->node), &(vnet_state.routes));
 199     v3_unlock_irqrestore(vnet_state.lock, flags);
 200
 201     clear_hash_cache();
 202
 203     return 0;
 204 }
 205
 206
 207
 208 // At the end allocate a route_list
 209 // This list will be inserted into the cache so we don't need to free it
 210 static struct route_list * match_route(struct v3_vnet_pkt * pkt) {
 211     struct vnet_route_info * route = NULL;
 212     struct route_list * matches = NULL;
 213     int num_matches = 0;
 214     int max_rank = 0;
 215     struct list_head match_list;
 216     struct eth_hdr * hdr = (struct eth_hdr *)(pkt->data);
 217     uint8_t src_type = pkt->src_type;
 218     uint32_t src_link = pkt->src_id;
 219
 220 #ifdef CONFIG_DEBUG_VNET
 221     {
 222         char dst_str[18];
 223         char src_str[18];
 224
 225         mac_to_string(hdr->src_mac, src_str);
 226         mac_to_string(hdr->dst_mac, dst_str);
 227         PrintDebug("Vnet: match_route. pkt: SRC(%s), DEST(%s)\n", src_str, dst_str);
 228     }
 229 #endif
 230
 231     INIT_LIST_HEAD(&match_list);
 232
 233 #define UPDATE_MATCHES(rank) do {                               \
 234         if (max_rank < (rank)) {                                \
 235             max_rank = (rank);                                  \
 236             INIT_LIST_HEAD(&match_list);                        \
 237                                                                 \
 238             list_add(&(route->match_node), &match_list);        \
 239             num_matches = 1;                                    \
 240         } else if (max_rank == (rank)) {                        \
 241             list_add(&(route->match_node), &match_list);        \
 242             num_matches++;                                      \
 243         }                                                       \
 244     } while (0)
 245
 246
 247     list_for_each_entry(route, &(vnet_state.routes), node) {
 248         struct v3_vnet_route * route_def = &(route->route_def);
 249
 250         // CHECK SOURCE TYPE HERE
 251         if ( (route_def->src_type != LINK_ANY) &&
 252              ( (route_def->src_type != src_type) ||
 253                ( (route_def->src_id != src_link) &&
 254                  (route_def->src_id != (uint32_t)-1)))) {
 255             continue;
 256         }
 257
 258
 259         if ((route_def->dst_mac_qual == MAC_ANY) &&
 260             (route_def->src_mac_qual == MAC_ANY)) {
 261             UPDATE_MATCHES(3);
 262         }
 263
 264         if (memcmp(route_def->src_mac, hdr->src_mac, 6) == 0) {
 265             if (route_def->src_mac_qual != MAC_NOT) {
 266                 if (route_def->dst_mac_qual == MAC_ANY) {
 267                     UPDATE_MATCHES(6);
 268                 } else if (route_def->dst_mac_qual != MAC_NOT &&
 269                            memcmp(route_def->dst_mac, hdr->dst_mac, 6) == 0) {
 270                     UPDATE_MATCHES(8);
 271                 }
 272             }
 273         }
 274
 275         if (memcmp(route_def->dst_mac, hdr->dst_mac, 6) == 0) {
 276             if (route_def->dst_mac_qual != MAC_NOT) {
 277                 if (route_def->src_mac_qual == MAC_ANY) {
 278                     UPDATE_MATCHES(6);
 279                 } else if ((route_def->src_mac_qual != MAC_NOT) &&
 280                            (memcmp(route_def->src_mac, hdr->src_mac, 6) == 0)) {
 281                     UPDATE_MATCHES(8);
 282                 }
 283             }
 284         }
 285
 286         if ((route_def->dst_mac_qual == MAC_NOT) &&
 287             (memcmp(route_def->dst_mac, hdr->dst_mac, 6) != 0)) {
 288             if (route_def->src_mac_qual == MAC_ANY) {
 289                 UPDATE_MATCHES(5);
 290             } else if ((route_def->src_mac_qual != MAC_NOT) &&
 291                        (memcmp(route_def->src_mac, hdr->src_mac, 6) == 0)) {
 292                 UPDATE_MATCHES(7);
 293             }
 294         }
 295
 296         if ((route_def->src_mac_qual == MAC_NOT) &&
 297             (memcmp(route_def->src_mac, hdr->src_mac, 6) != 0)) {
 298             if (route_def->dst_mac_qual == MAC_ANY) {
 299                 UPDATE_MATCHES(5);
 300             } else if ((route_def->dst_mac_qual != MAC_NOT) &&
 301                        (memcmp(route_def->dst_mac, hdr->dst_mac, 6) == 0)) {
 302                 UPDATE_MATCHES(7);
 303             }
 304         }
 305
 306         // Default route
 307         if ( (memcmp(route_def->src_mac, hdr->src_mac, 6) == 0) &
 308              (route_def->dst_mac_qual == MAC_NONE)) {
 309             UPDATE_MATCHES(4);
 310         }
 311     }
 312
 313     PrintDebug("Vnet: match_route: Matches=%d\n", num_matches);
 314
 315     if (num_matches == 0) {
 316         return NULL;
 317     }
 318
 319     matches = V3_Malloc(sizeof(struct route_list) +
 320                         (sizeof(struct vnet_route_info *) * num_matches));
 321
 322     matches->num_routes = num_matches;
 323
 324     {
 325         int i = 0;
 326         list_for_each_entry(route, &match_list, node) {
 327             matches->routes[i++] = route;
 328         }
 329     }
 330
 331     return matches;
 332 }
 333
 334 static int handle_one_pkt(struct v3_vnet_pkt * pkt) {
 335     struct route_list * matched_routes = NULL;
 336     unsigned long flags;
 337     int i;
 338
 339
 340 #ifdef CONFIG_DEBUG_VNET
 341    {
 342         struct eth_hdr * hdr = (struct eth_hdr *)(pkt->data);
 343         char dest_str[18];
 344         char src_str[18];
 345
 346         mac_to_string(hdr->src_mac, src_str);
 347         mac_to_string(hdr->dst_mac, dest_str);
 348         PrintDebug("Vnet: HandleDataOverLink. SRC(%s), DEST(%s)\n", src_str, dest_str);
 349    }
 350 #endif
 351
 352     flags = v3_lock_irqsave(vnet_state.lock);
 353
 354     look_into_cache(pkt, &matched_routes);
 355
 356     if (matched_routes == NULL) {
 357         matched_routes = match_route(pkt);
 358
 359       if (matched_routes) {
 360             add_route_to_cache(pkt, matched_routes);
 361         } else {
 362             PrintError("Could not find route for packet...\n");
 363             v3_unlock_irqrestore(vnet_state.lock, flags);
 364             return -1;
 365         }
 366     }
 367
 368     v3_unlock_irqrestore(vnet_state.lock, flags);
 369
 370
 371     for (i = 0; i < matched_routes->num_routes; i++) {
 372         struct vnet_route_info * route = matched_routes->routes[i];
 373
 374         if (route->route_def.dst_type == LINK_EDGE) {
 375
 376         } else if (route->route_def.dst_type == LINK_INTERFACE) {
 377             if (route->dst_dev->input(route->dst_dev->vm, pkt, route->dst_dev->private_data) == -1) {
 378                 PrintDebug("VNET: Packet not sent properly\n");
 379                 continue;
 380              }
 381         } else {
 382             PrintDebug("Vnet: Wrong Edge type\n");
 383             continue;
 384         }
 385
 386         PrintDebug("Vnet: HandleDataOverLink: Forward packet according to Route\n");
 387     }
 388
 389     return 0;
 390 }
 391
 392 int v3_vnet_send_pkt(struct v3_vnet_pkt * pkt) {
 393
 394     PrintDebug("In Vnet Send: pkt size: %d\n", pkt->size);
 395
 396     if (handle_one_pkt(pkt) != -1) {
 397         PrintDebug("VNET: send one packet! pt length %d\n", pkt->size);
 398     } else {
 399         PrintDebug("VNET: Fail to forward one packet, discard it!\n");
 400     }
 401
 402     return 0;
 403 }
 404
 405 int v3_vnet_add_dev(struct v3_vm_info *vm,uint8_t mac[6],
 406                     int (*netif_input)(struct v3_vm_info * vm, struct v3_vnet_pkt * pkt, void * private_data),
 407                     void * priv_data){
 408     struct vnet_dev * new_dev = NULL;
 409
 410     new_dev = find_dev_by_mac(mac);
 411
 412     PrintDebug("VNET: register device\n");
 413
 414     if (new_dev) {
 415         PrintDebug("VNET: register device: Already has device with the same mac\n");
 416         return -1;
 417     }
 418
 419     new_dev = (struct vnet_dev *)V3_Malloc(sizeof(struct vnet_dev));
 420
 421     if (new_dev == NULL) {
 422         PrintError("VNET: Malloc fails\n");
 423         return -1;
 424     }
 425
 426     memcpy(new_dev->mac_addr, mac, 6);
 427     new_dev->input = netif_input;
 428     new_dev->private_data = priv_data;
 429     new_dev->vm = vm;
 430
 431     PrintDebug("VNET: register device new_dev22 %p\n", (void *)new_dev);
 432
 433     list_add(&(new_dev->node), &(vnet_state.devs));
 434     vnet_state.num_devs ++;
 435     new_dev->dev_id = vnet_state.num_devs;
 436
 437     return 0;
 438 }
 439
 440 #if 0
 441 static int v3_vnet_pkt_process() {
 442     struct v3_vnet_pkt * pkt = NULL;
 443
 444     while ((pkt = (struct v3_vnet_pkt *)v3_dequeue(vnet_state.inpkt_q)) != NULL) {
 445         if (handle_one_pkt(pkt) != -1) {
 446             PrintDebug("VNET: vnet_check: handle one packet! pt length %d\n", (int)pkt->size);
 447         } else {
 448             PrintDebug("VNET: vnet_check: Fail to forward one packet, discard it!\n");
 449         }
 450
 451         V3_Free(pkt); // be careful here
 452     }
 453
 454     return 0;
 455 }
 456 #endif
 457
 458 int V3_init_vnet() {
 459
 460     INIT_LIST_HEAD(&(vnet_state.routes));
 461     INIT_LIST_HEAD(&(vnet_state.devs));
 462
 463     vnet_state.num_devs = 0;
 464     vnet_state.num_routes = 0;
 465
 466     PrintDebug("VNET: Links and Routes tables initiated\n");
 467
 468     if (v3_lock_init(&(vnet_state.lock)) == -1){
 469         PrintError("VNET: Failure to init lock for routes table\n");
 470     }
 471
 472     PrintDebug("VNET: Locks initiated\n");
 473
 474     /*initial pkt receiving queue */
 475     vnet_state.inpkt_q = v3_create_queue();
 476     v3_init_queue(vnet_state.inpkt_q);
 477     PrintDebug("VNET: Receiving queue initiated\n");
 478
 479     vnet_state.route_cache = v3_create_htable(0, &hash_fn, &hash_eq);
 480
 481     if (vnet_state.route_cache == NULL) {
 482         PrintError("Vnet: Route Cache Init Fails\n");
 483         return -1;
 484     }
 485
 486     PrintDebug("VNET: initiated\n");
 487
 488     return 0;
 489 }