linux_module/palacios-vnet-brg.c

   1 /*
   2  * Palacios VNET Host Bridge
   3  * (c) Lei Xia  2010
   4  */
   5
   6 #include <linux/spinlock.h>
   7 #include <linux/seq_file.h>
   8 #include <linux/proc_fs.h>
   9 #include <asm/uaccess.h>
  10 #include <linux/inet.h>
  11 #include <linux/kthread.h>
  12
  13 #include <linux/netdevice.h>
  14 #include <linux/ip.h>
  15 #include <linux/in.h>
  16 #include <linux/net.h>
  17 #include <linux/string.h>
  18 #include <linux/preempt.h>
  19 #include <linux/sched.h>
  20 #include <asm/msr.h>
  21
  22 #include <linux/net.h>
  23 #include <linux/socket.h>
  24 #include <net/sock.h>
  25
  26 #include <vnet/vnet.h>
  27 #include <vnet/vnet_hashtable.h>
  28 #include "palacios-vnet.h"
  29 #include "palacios.h"
  30
  31
  32
  33 #define VNET_SERVER_PORT 9000
  34
  35 #define VNET_ADAPTIVE_BRIDGE  1      // set this to one to have bridge go to sleep if there nothing to do...
  36 #define VNET_NOPROGRESS_LIMIT 1000   // ... after this many iterations
  37 #define VNET_YIELD_TIME_USEC  1000   // ... and go to sleep for this long
  38
  39 struct vnet_link {
  40     uint32_t dst_ip;
  41     uint16_t dst_port;
  42
  43     struct socket * sock;
  44     struct sockaddr_in sock_addr;
  45     vnet_brg_proto_t sock_proto;
  46
  47     struct nic_statistics stats;
  48
  49     uint32_t idx;
  50
  51     struct list_head node;
  52 };
  53
  54
  55 struct vnet_brg_state {
  56     uint8_t status;
  57
  58     uint32_t num_links;
  59     uint32_t link_idx;
  60     struct list_head link_list;
  61     struct hashtable *ip2link;
  62
  63     spinlock_t lock;
  64
  65     struct socket * serv_sock;
  66     struct sockaddr_in serv_addr;
  67     vnet_brg_proto_t serv_proto;
  68
  69     struct task_struct * serv_thread;
  70
  71     void * brg_data; /* private data from vnet_core */
  72
  73     struct vnet_brg_stats stats;
  74 };
  75
  76
  77 static struct vnet_brg_state vnet_brg_s;
  78
  79
  80 int vnet_brg_stats(struct vnet_brg_stats * stats){
  81     memcpy(stats, &(vnet_brg_s.stats), sizeof(*stats));
  82
  83     return 0;
  84 }
  85
  86 static inline struct vnet_link * _link_by_ip(uint32_t ip) {
  87     return (struct vnet_link *)vnet_htable_search(vnet_brg_s.ip2link, (addr_t)&ip);
  88 }
  89
  90 static inline struct vnet_link * _link_by_idx(int idx) {
  91     struct vnet_link * link = NULL;
  92
  93     list_for_each_entry(link, &(vnet_brg_s.link_list), node) {
  94
  95         if (link->idx == idx) {
  96             return link;
  97         }
  98     }
  99     return NULL;
 100 }
 101
 102
 103 static void _delete_link(struct vnet_link * link){
 104     unsigned long flags = 0;
 105
 106     link->sock->ops->release(link->sock);
 107
 108     palacios_spinlock_lock_irqsave(&(vnet_brg_s.lock), flags);
 109     list_del(&(link->node));
 110     vnet_htable_remove(vnet_brg_s.ip2link, (addr_t)&(link->dst_ip), 0);
 111     vnet_brg_s.num_links --;
 112     palacios_spinlock_unlock_irqrestore(&(vnet_brg_s.lock), flags);
 113
 114     INFO("VNET Bridge: Link deleted, ip 0x%x, port: %d, idx: %d\n",
 115            link->dst_ip,
 116            link->dst_port,
 117            link->idx);
 118
 119     palacios_free(link);
 120     link = NULL;
 121 }
 122
 123 void vnet_brg_delete_link(uint32_t idx){
 124     struct vnet_link * link = _link_by_idx(idx);
 125
 126     if(link){
 127         _delete_link(link);
 128     }
 129 }
 130
 131 static void deinit_links_list(void){
 132     struct vnet_link * link = NULL, * tmp_link = NULL;
 133
 134     list_for_each_entry_safe(link, tmp_link, &(vnet_brg_s.link_list), node) {
 135         _delete_link(link);
 136     }
 137 }
 138
 139 static uint32_t _create_link(struct vnet_link * link) {
 140     int err;
 141     unsigned long flags;
 142     int protocol;
 143
 144     switch(link->sock_proto){
 145         case UDP:
 146             protocol = IPPROTO_UDP;
 147             break;
 148         case TCP:
 149             protocol = IPPROTO_TCP;
 150             break;
 151
 152         default:
 153            WARNING("Unsupported VNET Server Protocol\n");
 154             return -1;
 155     }
 156
 157     if ((err = sock_create(AF_INET, SOCK_DGRAM, protocol, &link->sock)) < 0) {
 158         WARNING("Could not create socket for VNET Link, error %d\n", err);
 159         return -1;
 160     }
 161
 162     if (link->sock_proto == UDP) {
 163         // no UDP checksumming
 164         lock_sock(link->sock->sk);
 165         link->sock->sk->sk_no_check = 1;
 166         release_sock(link->sock->sk);
 167     }
 168
 169     memset(&link->sock_addr, 0, sizeof(struct sockaddr));
 170
 171     link->sock_addr.sin_family = AF_INET;
 172     link->sock_addr.sin_addr.s_addr = link->dst_ip;
 173     link->sock_addr.sin_port = htons(link->dst_port);
 174
 175
 176     if ((err = link->sock->ops->connect(link->sock, (struct sockaddr *)&(link->sock_addr), sizeof(struct sockaddr), 0) < 0)) {
 177         WARNING("Could not connect to remote VNET Server, error %d\n", err);
 178         return -1;
 179     }
 180
 181
 182     palacios_spinlock_lock_irqsave(&(vnet_brg_s.lock), flags);
 183     list_add(&(link->node), &(vnet_brg_s.link_list));
 184     vnet_brg_s.num_links ++;
 185     link->idx = ++ vnet_brg_s.link_idx;
 186     vnet_htable_insert(vnet_brg_s.ip2link, (addr_t)&(link->dst_ip), (addr_t)link);
 187     palacios_spinlock_unlock_irqrestore(&(vnet_brg_s.lock), flags);
 188
 189     INFO("VNET Bridge: Link created, ip 0x%x, port: %d, idx: %d, link: %p, protocol: %s\n",
 190            link->dst_ip,
 191            link->dst_port,
 192            link->idx,
 193            link,
 194            ((link->sock_proto==UDP)?"UDP":"TCP"));
 195
 196     return link->idx;
 197 }
 198
 199
 200 uint32_t vnet_brg_add_link(uint32_t ip, uint16_t port, vnet_brg_proto_t proto){
 201      struct vnet_link * new_link = NULL;
 202      uint32_t idx;
 203
 204      new_link = palacios_alloc(sizeof(struct vnet_link));
 205      if (!new_link) {
 206         return -1;
 207      }
 208      memset(new_link, 0, sizeof(struct vnet_link));
 209
 210      new_link->dst_ip = ip;
 211      new_link->dst_port = port;
 212      new_link->sock_proto = proto;
 213
 214      idx = _create_link(new_link);
 215      if (idx < 0) {
 216         WARNING("Could not create link\n");
 217         palacios_free(new_link);
 218         return -1;
 219      }
 220
 221      return idx;
 222 }
 223
 224
 225 int vnet_brg_link_stats(uint32_t link_idx, struct nic_statistics * stats){
 226      struct vnet_link * link;
 227
 228      link = _link_by_idx(link_idx);
 229      if(!link){
 230          return -1;
 231      }
 232
 233      memcpy(stats, &(link->stats), sizeof(*stats));
 234
 235      return 0;
 236 }
 237
 238
 239 static int
 240 _udp_send(struct socket * sock,
 241          struct sockaddr_in * addr,
 242          unsigned char * buf,  int len) {
 243     struct msghdr msg;
 244     struct iovec iov;
 245     mm_segment_t oldfs;
 246     int size = 0;
 247
 248
 249     if (sock->sk == NULL) {
 250         return 0;
 251     }
 252
 253     iov.iov_base = buf;
 254     iov.iov_len = len;
 255
 256     msg.msg_flags = MSG_NOSIGNAL;
 257     msg.msg_name = addr;
 258     msg.msg_namelen = sizeof(struct sockaddr_in);
 259     msg.msg_control = NULL;
 260     msg.msg_controllen = 0;
 261     msg.msg_iov = &iov;
 262     msg.msg_iovlen = 1;
 263     msg.msg_control = NULL;
 264
 265     oldfs = get_fs();
 266     set_fs(KERNEL_DS);
 267     size = sock_sendmsg(sock, &msg, len);
 268     set_fs(oldfs);
 269
 270     return size;
 271 }
 272
 273
 274
 275 static int
 276 _udp_recv(struct socket * sock,
 277           struct sockaddr_in * addr,
 278           unsigned char * buf, int len, int nonblocking) {
 279     struct msghdr msg;
 280     struct iovec iov;
 281     mm_segment_t oldfs;
 282     int size = 0;
 283
 284     if (sock->sk == NULL) {
 285         return 0;
 286     }
 287
 288     iov.iov_base = buf;
 289     iov.iov_len = len;
 290
 291     msg.msg_flags = MSG_NOSIGNAL | (nonblocking ? MSG_DONTWAIT : 0);
 292     msg.msg_name = addr;
 293     msg.msg_namelen = sizeof(struct sockaddr_in);
 294     msg.msg_control = NULL;
 295     msg.msg_controllen = 0;
 296     msg.msg_iov = &iov;
 297     msg.msg_iovlen = 1;
 298     msg.msg_control = NULL;
 299
 300     oldfs = get_fs();
 301     set_fs(KERNEL_DS);
 302     size = sock_recvmsg(sock, &msg, len, msg.msg_flags);
 303
 304     set_fs(oldfs);
 305
 306     return size;
 307 }
 308
 309 /* send packets to VNET core */
 310 static int
 311 send_to_palacios(unsigned char * buf,
 312                  int len,
 313                  int link_id){
 314     struct v3_vnet_pkt pkt;
 315     memset(&pkt,0,sizeof(struct v3_vnet_pkt));
 316     pkt.size = len;
 317     pkt.dst_type = LINK_NOSET;
 318     pkt.src_type = LINK_EDGE;
 319     pkt.src_id = link_id;
 320     memcpy(pkt.header, buf, ETHERNET_HEADER_LEN);
 321     pkt.data = buf;
 322
 323     if(net_debug >= 2){
 324         DEBUG("VNET Lnx Bridge: send pkt to VNET core (size: %d, src_id: %d, src_type: %d)\n",
 325                         pkt.size,  pkt.src_id, pkt.src_type);
 326         if(net_debug >= 4){
 327             print_hex_dump(NULL, "pkt_data: ", 0, 20, 20, pkt.data, pkt.size, 0);
 328         }
 329     }
 330
 331     vnet_brg_s.stats.pkt_to_vmm ++;
 332
 333     return v3_vnet_send_pkt(&pkt, NULL);
 334 }
 335
 336
 337 /* send packet to extern network */
 338 static int
 339 bridge_send_pkt(struct v3_vm_info * vm,
 340                 struct v3_vnet_pkt * pkt,
 341                 void * private_data) {
 342     struct vnet_link * link = NULL;
 343
 344     if(net_debug >= 2){
 345         DEBUG("VNET Lnx Host Bridge: packet received from VNET Core ... pkt size: %d, link: %d\n",
 346                         pkt->size,
 347                         pkt->dst_id);
 348         if(net_debug >= 4){
 349             print_hex_dump(NULL, "pkt_data: ", 0, 20, 20, pkt->data, pkt->size, 0);
 350         }
 351     }
 352
 353     vnet_brg_s.stats.pkt_from_vmm ++;
 354
 355     link = _link_by_idx(pkt->dst_id);
 356     if (link != NULL) {
 357         switch(link->sock_proto){
 358             case UDP:
 359                 _udp_send(link->sock, &(link->sock_addr), pkt->data, pkt->size);
 360                 vnet_brg_s.stats.pkt_to_phy ++;
 361                 break;
 362             case TCP:
 363                 vnet_brg_s.stats.pkt_to_phy ++;
 364                 break;
 365
 366             default:
 367                 WARNING("VNET Server: Invalid Link Protocol\n");
 368                 vnet_brg_s.stats.pkt_drop_vmm ++;
 369         }
 370         link->stats.tx_bytes += pkt->size;
 371         link->stats.tx_pkts ++;
 372     } else {
 373         INFO("VNET Bridge Linux Host: wrong dst link, idx: %d, discarding the packet\n", pkt->dst_id);
 374         vnet_brg_s.stats.pkt_drop_vmm ++;
 375     }
 376
 377     return 0;
 378 }
 379
 380
 381 static int init_vnet_serv(void) {
 382     int protocol;
 383     int err;
 384
 385     switch(vnet_brg_s.serv_proto){
 386         case UDP:
 387             protocol = IPPROTO_UDP;
 388             break;
 389         case TCP:
 390             protocol = IPPROTO_TCP;
 391             break;
 392
 393         default:
 394            WARNING("Unsupported VNET Server Protocol\n");
 395             return -1;
 396     }
 397
 398     if ((err = sock_create(AF_INET, SOCK_DGRAM, protocol, &vnet_brg_s.serv_sock)) < 0) {
 399         WARNING("Could not create VNET server socket, error: %d\n", err);
 400         return -1;
 401     }
 402
 403     if (vnet_brg_s.serv_proto == UDP) {
 404         // No UDP checksumming is done
 405         lock_sock(vnet_brg_s.serv_sock->sk);
 406         vnet_brg_s.serv_sock->sk->sk_no_check = 1;
 407         release_sock(vnet_brg_s.serv_sock->sk);
 408     }
 409
 410     memset(&vnet_brg_s.serv_addr, 0, sizeof(struct sockaddr));
 411
 412     vnet_brg_s.serv_addr.sin_family = AF_INET;
 413     vnet_brg_s.serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 414     vnet_brg_s.serv_addr.sin_port = htons(VNET_SERVER_PORT);
 415
 416     if ((err = vnet_brg_s.serv_sock->ops->bind(vnet_brg_s.serv_sock, (struct sockaddr *)&(vnet_brg_s.serv_addr), sizeof(struct sockaddr))) < 0) {
 417         WARNING("Could not bind VNET server socket to port %d, error: %d\n", VNET_SERVER_PORT, err);
 418         return -1;
 419     }
 420
 421     INFO("VNET server bind to port: %d\n", VNET_SERVER_PORT);
 422
 423     if(vnet_brg_s.serv_proto == TCP){
 424         if((err = vnet_brg_s.serv_sock->ops->listen(vnet_brg_s.serv_sock, 32)) < 0){
 425             WARNING("VNET Server error listening on port %d, error %d\n", VNET_SERVER_PORT, err);
 426             return -1;
 427         }
 428     }
 429
 430
 431
 432     return 0;
 433 }
 434
 435 static int _udp_server(void * arg) {
 436     unsigned char * pkt;
 437     struct sockaddr_in pkt_addr;
 438     struct vnet_link * link = NULL;
 439     int len;
 440     uint64_t noprogress_count;
 441
 442     INFO("Palacios VNET Bridge: UDP receiving server ..... \n");
 443
 444     pkt = palacios_alloc(MAX_PACKET_LEN);
 445
 446     if (!pkt) {
 447         ERROR("Unable to allocate packet in VNET UDP Server\n");
 448         return -1;
 449     }
 450
 451
 452     noprogress_count=0;
 453
 454     while (!kthread_should_stop()) {
 455
 456         // This is a NONBLOCKING receive
 457         // If we block here, we will never detect that this thread
 458         // is being signaled to stop, plus we might go uninterrupted on this core
 459         // blocking out access to other threads - leave this NONBLOCKING
 460         // unless you know what you are doing
 461         len = _udp_recv(vnet_brg_s.serv_sock, &pkt_addr, pkt, MAX_PACKET_LEN, 1);
 462
 463
 464         // If it would have blocked, we have no packet, and so
 465         // we will give other threads on this core a chance
 466         if (len==-EAGAIN || len==-EWOULDBLOCK || len==-EINTR) {
 467
 468             // avoid rollover in the counter out of paranoia
 469             if (! ((noprogress_count + 1) < noprogress_count)) {
 470                 noprogress_count++;
 471             }
 472
 473             // adaptively select yielding strategy depending on
 474             // whether we are making progress
 475             if ((!VNET_ADAPTIVE_BRIDGE) || (noprogress_count < VNET_NOPROGRESS_LIMIT)) {
 476                 // Likely making progress, do fast yield so we
 477                 // come back immediately if there is no other action
 478                 palacios_yield_cpu();
 479             } else {
 480                 // Likely not making progress, do potentially slow
 481                 // yield - we won't come back for until VNET_YIELD_TIME_USEC has passed
 482                 palacios_sleep_cpu(VNET_YIELD_TIME_USEC);
 483             }
 484
 485             continue;
 486         }
 487
 488
 489         // Something interesting has happened, therefore progress!
 490         noprogress_count=0;
 491
 492
 493         if(len < 0) {
 494             WARNING("Receive error: Could not get packet, error %d\n", len);
 495             continue;
 496         }
 497
 498         link = _link_by_ip(pkt_addr.sin_addr.s_addr);
 499
 500         if (link == NULL){
 501             WARNING("VNET Server: No VNET Link matches the src IP\n");
 502             vnet_brg_s.stats.pkt_drop_phy ++;
 503             continue;
 504         }
 505
 506         vnet_brg_s.stats.pkt_from_phy ++;
 507         link->stats.rx_bytes += len;
 508         link->stats.rx_pkts ++;
 509
 510         send_to_palacios(pkt, len, link->idx);
 511     }
 512
 513     INFO("VNET Server: UDP thread exiting\n");
 514
 515     palacios_free(pkt);
 516
 517     return 0;
 518 }
 519
 520
 521 static int _rx_server(void * arg) {
 522
 523     if(vnet_brg_s.serv_proto == UDP){
 524         _udp_server(NULL);
 525     }else if(vnet_brg_s.serv_proto == TCP) {
 526         //accept new connection
 527         //use select to receive pkt from physical network
 528         //or create new kthread to handle each connection?
 529         WARNING("VNET Server: TCP is not currently supported\n");
 530         return -1;
 531     }else {
 532         WARNING ("VNET Server: Unsupported Protocol\n");
 533         return -1;
 534     }
 535
 536     return 0;
 537 }
 538
 539 static inline unsigned int hash_fn(addr_t hdr_ptr) {
 540     return vnet_hash_buffer((uint8_t *)hdr_ptr, sizeof(uint32_t));
 541 }
 542
 543 static inline int hash_eq(addr_t key1, addr_t key2) {
 544     return (memcmp((uint8_t *)key1, (uint8_t *)key2, sizeof(uint32_t)) == 0);
 545 }
 546
 547
 548 int vnet_bridge_init(void) {
 549     struct v3_vnet_bridge_ops bridge_ops;
 550
 551     if(vnet_brg_s.status != 0) {
 552         return -1;
 553     }
 554     vnet_brg_s.status = 1;
 555
 556     memset(&vnet_brg_s, 0, sizeof(struct vnet_brg_state));
 557
 558     INIT_LIST_HEAD(&(vnet_brg_s.link_list));
 559     palacios_spinlock_init(&(vnet_brg_s.lock));
 560
 561     vnet_brg_s.serv_proto = UDP;
 562
 563     vnet_brg_s.ip2link = vnet_create_htable(10, hash_fn, hash_eq);
 564     if(vnet_brg_s.ip2link == NULL){
 565         WARNING("Failure to initiate VNET link hashtable\n");
 566         return -1;
 567     }
 568
 569     if(init_vnet_serv() < 0){
 570         WARNING("Failure to initiate VNET server\n");
 571         return -1;
 572     }
 573
 574     vnet_brg_s.serv_thread = kthread_run(_rx_server, NULL, "vnet_brgd");
 575
 576     bridge_ops.input = bridge_send_pkt;
 577     bridge_ops.poll = NULL;
 578
 579     if( v3_vnet_add_bridge(NULL, &bridge_ops, HOST_LNX_BRIDGE, NULL) < 0){
 580         WARNING("VNET LNX Bridge: Fails to register bridge to VNET core");
 581     }
 582
 583     INFO("VNET Linux Bridge initiated\n");
 584
 585     return 0;
 586 }
 587
 588
 589 void vnet_bridge_deinit(void){
 590
 591     INFO("VNET LNX Bridge Deinit Started\n");
 592
 593     v3_vnet_del_bridge(HOST_LNX_BRIDGE);
 594
 595     //DEBUG("Stopping bridge service thread\n");
 596
 597     kthread_stop(vnet_brg_s.serv_thread);
 598
 599     //DEBUG("Releasing bridee service socket\n");
 600
 601     vnet_brg_s.serv_sock->ops->release(vnet_brg_s.serv_sock);
 602
 603     //DEBUG("Deiniting bridge links\n");
 604
 605     deinit_links_list();
 606
 607     //DEBUG("Freeing bridge hash tables\n");
 608
 609     vnet_free_htable(vnet_brg_s.ip2link, 0, 0);
 610
 611     vnet_brg_s.status = 0;
 612
 613     palacios_spinlock_deinit(&(vnet_brg_s.lock));
 614
 615     INFO("VNET LNX Bridge Deinit Finished\n");
 616 }
 617
 618