palacios/src/devices/lnx_virtio_nic.c

   1
   2 /*
   3  * This file is part of the Palacios Virtual Machine Monitor developed
   4  * by the V3VEE Project with funding from the United States National
   5  * Science Foundation and the Department of Energy.
   6  *
   7  * The V3VEE Project is a joint project between Northwestern University
   8  * and the University of New Mexico.  You can find out more at
   9  * http://www.v3vee.org
  10  *
  11  * Copyright (c) 2010, Lei Xia <lxia@northwestern.edu>
  12  * Copyright (c) 2010, Cui Zheng <cuizheng@cs.unm.edu>
  13  * Copyright (c) 2010, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  14  * All rights reserved.
  15  *
  16  * Author: Lei Xia <lxia@northwestern.edu>
  17  *         Cui Zheng <cuizheng@cs.unm.edu>
  18  *
  19  *
  20  * This is free software.  You are permitted to use,
  21  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  22  */
  23
  24 #include <palacios/vmm.h>
  25 #include <palacios/vmm_dev_mgr.h>
  26 #include <devices/lnx_virtio_pci.h>
  27 #include <palacios/vm_guest_mem.h>
  28 #include <palacios/vmm_sprintf.h>
  29 #include <vnet/vnet.h>
  30 #include <palacios/vmm_lock.h>
  31 #include <palacios/vmm_util.h>
  32 #include <devices/pci.h>
  33 #include <palacios/vmm_ethernet.h>
  34 #include <palacios/vmm_time.h>
  35
  36
  37 #ifndef V3_CONFIG_DEBUG_VIRTIO_NET
  38 #undef PrintDebug
  39 #define PrintDebug(fmt, args...)
  40 #endif
  41
  42 #ifndef V3_CONFIG_VNET
  43 static int net_debug = 0;
  44 #endif
  45
  46 #define TX_QUEUE_SIZE 4096
  47 #define RX_QUEUE_SIZE 4096
  48 #define CTRL_QUEUE_SIZE 64
  49
  50 /* The feature bitmap for virtio nic
  51   * from Linux */
  52 #define VIRTIO_NET_F_CSUM       0       /* Host handles pkts w/ partial csum */
  53 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM 1       /* Guest handles pkts w/ partial csum */
  54 #define VIRTIO_NET_F_MAC        5       /* Host has given MAC address. */
  55 #define VIRTIO_NET_F_GSO        6       /* Host handles pkts w/ any GSO type */
  56 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4 7       /* Guest can handle TSOv4 in. */
  57 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6 8       /* Guest can handle TSOv6 in. */
  58 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN  9       /* Guest can handle TSO[6] w/ ECN in. */
  59 #define VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO  10      /* Guest can handle UFO in. */
  60 #define VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4  11      /* Host can handle TSOv4 in. */
  61 #define VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6  12      /* Host can handle TSOv6 in. */
  62 #define VIRTIO_NET_F_HOST_ECN   13      /* Host can handle TSO[6] w/ ECN in. */
  63 #define VIRTIO_NET_F_HOST_UFO   14      /* Host can handle UFO in. */
  64 #define VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF  15      /* Host can merge receive buffers. */
  65 #define VIRTIO_NET_F_STATUS     16      /* virtio_net_config.status available */
  66
  67 /* Port to get virtio config */
  68 #define VIRTIO_NET_CONFIG 20
  69
  70 #define VIRTIO_NET_MAX_BUFSIZE (sizeof(struct virtio_net_hdr) + (64 << 10))
  71
  72 /* for gso_type in virtio_net_hdr */
  73 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE         0
  74 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV4        1     /* GSO frame, IPv4 TCP (TSO) */
  75 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_UDP          3       /* GSO frame, IPv4 UDP (UFO) */
  76 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV6        4       /* GSO frame, IPv6 TCP */
  77 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_ECN          0x80    /* TCP has ECN set */
  78
  79
  80 /* for flags in virtio_net_hdr */
  81 #define VIRTIO_NET_HDR_F_NEEDS_CSUM     1       /* Use csum_start, csum_offset */
  82
  83
  84 /* First element of the scatter-gather list, used with GSO or CSUM features */
  85 struct virtio_net_hdr
  86 {
  87     uint8_t flags;
  88     uint8_t gso_type;
  89     uint16_t hdr_len;           /* Ethernet + IP + tcp/udp hdrs */
  90     uint16_t gso_size;          /* Bytes to append to hdr_len per frame */
  91     uint16_t csum_start;        /* Position to start checksumming from */
  92     uint16_t csum_offset;       /* Offset after that to place checksum */
  93 }__attribute__((packed));
  94
  95
  96 /* The header to use when the MRG_RXBUF
  97  * feature has been negotiated. */
  98 struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf {
  99     struct virtio_net_hdr hdr;
 100     uint16_t num_buffers;       /* Number of merged rx buffers */
 101 };
 102
 103 struct virtio_net_config
 104 {
 105     uint8_t mac[ETH_ALEN];      /* VIRTIO_NET_F_MAC */
 106     uint16_t status;
 107 } __attribute__((packed));
 108
 109 struct virtio_dev_state {
 110
 111     struct vm_device * pci_bus;
 112     struct list_head dev_list;
 113     struct v3_vm_info *vm;
 114
 115     enum {GUEST_DRIVEN=0, VMM_DRIVEN, ADAPTIVE} model;
 116     uint64_t  lower_thresh_pps, upper_thresh_pps, period_us;
 117
 118     uint8_t mac[ETH_ALEN];
 119 };
 120
 121 struct virtio_net_state {
 122
 123     struct virtio_net_config net_cfg;
 124     struct virtio_config virtio_cfg;
 125
 126     struct v3_vm_info * vm;
 127     struct vm_device * dev;
 128     struct pci_device * pci_dev;
 129     int io_range_size;
 130
 131     uint16_t status;
 132
 133     struct virtio_queue rx_vq;          /* idx 0*/
 134     struct virtio_queue tx_vq;          /* idx 1*/
 135     struct virtio_queue ctrl_vq;        /* idx 2*/
 136
 137     uint8_t mergeable_rx_bufs;
 138
 139     struct v3_timer * timer;
 140     struct nic_statistics stats;
 141
 142     struct v3_dev_net_ops * net_ops;
 143     v3_lock_t rx_lock, tx_lock;
 144
 145     uint8_t tx_notify, rx_notify;
 146     uint32_t tx_pkts, rx_pkts;
 147     uint64_t past_us;
 148
 149     void * backend_data;
 150     struct virtio_dev_state * virtio_dev;
 151     struct list_head dev_link;
 152 };
 153
 154
 155 static int virtio_init_state(struct virtio_net_state * virtio)
 156 {
 157     virtio->rx_vq.queue_size = RX_QUEUE_SIZE;
 158     virtio->tx_vq.queue_size = TX_QUEUE_SIZE;
 159     virtio->ctrl_vq.queue_size = CTRL_QUEUE_SIZE;
 160
 161     virtio->rx_vq.ring_desc_addr = 0;
 162     virtio->rx_vq.ring_avail_addr = 0;
 163     virtio->rx_vq.ring_used_addr = 0;
 164     virtio->rx_vq.pfn = 0;
 165     virtio->rx_vq.cur_avail_idx = 0;
 166
 167     virtio->tx_vq.ring_desc_addr = 0;
 168     virtio->tx_vq.ring_avail_addr = 0;
 169     virtio->tx_vq.ring_used_addr = 0;
 170     virtio->tx_vq.pfn = 0;
 171     virtio->tx_vq.cur_avail_idx = 0;
 172
 173     virtio->ctrl_vq.ring_desc_addr = 0;
 174     virtio->ctrl_vq.ring_avail_addr = 0;
 175     virtio->ctrl_vq.ring_used_addr = 0;
 176     virtio->ctrl_vq.pfn = 0;
 177     virtio->ctrl_vq.cur_avail_idx = 0;
 178
 179     virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0;
 180
 181     virtio->mergeable_rx_bufs = 1;
 182
 183     virtio->virtio_cfg.host_features = 0 | (1 << VIRTIO_NET_F_MAC);
 184     if(virtio->mergeable_rx_bufs) {
 185         virtio->virtio_cfg.host_features |= (1 << VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF);
 186     }
 187
 188     if ((v3_lock_init(&(virtio->rx_lock)) == -1) ||
 189         (v3_lock_init(&(virtio->tx_lock)) == -1)){
 190         PrintError(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Failure to init locks for net_state\n");
 191     }
 192
 193     return 0;
 194 }
 195
 196 static int virtio_deinit_state(struct guest_info *core, struct virtio_net_state *ns)
 197 {
 198     if (ns->timer) {
 199         v3_remove_timer(core,ns->timer);
 200     }
 201
 202     v3_lock_deinit(&(ns->rx_lock));
 203     v3_lock_deinit(&(ns->tx_lock));
 204
 205
 206     return 0;
 207 }
 208
 209 static int tx_one_pkt(struct guest_info * core,
 210                       struct virtio_net_state * virtio,
 211                       struct vring_desc * buf_desc)
 212 {
 213     uint8_t * buf = NULL;
 214     uint32_t len = buf_desc->length;
 215
 216     if (v3_gpa_to_hva(core, buf_desc->addr_gpa, (addr_t *)&(buf)) == -1) {
 217         PrintDebug(core->vm_info, core, "Could not translate buffer address\n");
 218         return -1;
 219     }
 220
 221     V3_Net_Print(2, "Virtio-NIC: virtio_tx: size: %d\n", len);
 222     if(net_debug >= 4){
 223         v3_hexdump(buf, len, NULL, 0);
 224     }
 225
 226     if(virtio->net_ops->send(buf, len, virtio->backend_data) < 0){
 227         virtio->stats.tx_dropped ++;
 228         return -1;
 229     }
 230
 231     virtio->stats.tx_pkts ++;
 232     virtio->stats.tx_bytes += len;
 233
 234     return 0;
 235 }
 236
 237
 238 /*copy data into ring buffer */
 239 static inline int copy_data_to_desc(struct guest_info * core,
 240                                     struct virtio_net_state * virtio_state,
 241                                     struct vring_desc * desc,
 242                                     uchar_t * buf,
 243                                     uint_t buf_len,
 244                                     uint_t dst_offset){
 245     uint32_t len;
 246     uint8_t * desc_buf = NULL;
 247
 248     if (v3_gpa_to_hva(core, desc->addr_gpa, (addr_t *)&(desc_buf)) == -1) {
 249         PrintDebug(core->vm_info, core, "Could not translate buffer address\n");
 250         return -1;
 251     }
 252     len = (desc->length < (buf_len+dst_offset))?(desc->length - dst_offset):buf_len;
 253     memcpy(desc_buf + dst_offset, buf, len);
 254
 255     return len;
 256 }
 257
 258
 259 static inline int get_desc_count(struct virtio_queue * q, int index) {
 260     struct vring_desc * tmp_desc = &(q->desc[index]);
 261     int cnt = 1;
 262
 263     while (tmp_desc->flags & VIRTIO_NEXT_FLAG) {
 264         tmp_desc = &(q->desc[tmp_desc->next]);
 265         cnt++;
 266     }
 267
 268     return cnt;
 269 }
 270
 271 static inline void enable_cb(struct virtio_queue *queue){
 272     if(queue->used){
 273         queue->used->flags &= ~ VRING_NO_NOTIFY_FLAG;
 274     }
 275 }
 276
 277 static inline void disable_cb(struct virtio_queue *queue) {
 278     if(queue->used){
 279         queue->used->flags |= VRING_NO_NOTIFY_FLAG;
 280     }
 281 }
 282
 283 static int handle_pkt_tx(struct guest_info * core,
 284                          struct virtio_net_state * virtio_state,
 285                          int quote)
 286 {
 287     struct virtio_queue * q;
 288     int txed = 0, left = 0;
 289     unsigned long flags;
 290
 291     q = &(virtio_state->tx_vq);
 292     if (!q->ring_avail_addr) {
 293         return -1;
 294     }
 295
 296     while (1) {
 297         struct vring_desc * hdr_desc = NULL;
 298         addr_t hdr_addr = 0;
 299         uint16_t desc_idx, tmp_idx;
 300         int desc_cnt;
 301
 302         flags = v3_lock_irqsave(virtio_state->tx_lock);
 303
 304         if(q->cur_avail_idx == q->avail->index ||
 305             (quote > 0 && txed >= quote)) {
 306             left = (q->cur_avail_idx != q->avail->index);
 307             v3_unlock_irqrestore(virtio_state->tx_lock, flags);
 308             break;
 309         }
 310
 311         desc_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 312         tmp_idx = q->cur_avail_idx ++;
 313
 314         v3_unlock_irqrestore(virtio_state->tx_lock, flags);
 315
 316         desc_cnt = get_desc_count(q, desc_idx);
 317         if(desc_cnt != 2){
 318             PrintError(core->vm_info, core, "VNIC: merged rx buffer not supported, desc_cnt %d\n", desc_cnt);
 319         }
 320
 321         hdr_desc = &(q->desc[desc_idx]);
 322         if (v3_gpa_to_hva(core, hdr_desc->addr_gpa, &(hdr_addr)) != -1) {
 323             struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf * hdr;
 324             struct vring_desc * buf_desc;
 325
 326             hdr = (struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf *)hdr_addr;
 327             desc_idx = hdr_desc->next;
 328
 329             /* here we assumed that one ethernet pkt is not splitted into multiple buffer */
 330             buf_desc = &(q->desc[desc_idx]);
 331             if (tx_one_pkt(core, virtio_state, buf_desc) == -1) {
 332                 PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Fails to send packet\n");
 333             }
 334         } else {
 335             PrintError(core->vm_info, core, "Could not translate block header address\n");
 336         }
 337
 338         flags = v3_lock_irqsave(virtio_state->tx_lock);
 339
 340         q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].id =
 341             q->avail->ring[tmp_idx % q->queue_size];
 342
 343         q->used->index ++;
 344
 345         v3_unlock_irqrestore(virtio_state->tx_lock, flags);
 346
 347         txed ++;
 348     }
 349
 350     if (txed && !(q->avail->flags & VIRTIO_NO_IRQ_FLAG)) {
 351         v3_pci_raise_irq(virtio_state->virtio_dev->pci_bus,
 352                          virtio_state->pci_dev, 0);
 353         virtio_state->virtio_cfg.pci_isr = 0x1;
 354         virtio_state->stats.rx_interrupts ++;
 355     }
 356
 357     return left;
 358 }
 359
 360
 361 static int virtio_setup_queue(struct guest_info *core,
 362                               struct virtio_net_state * virtio_state,
 363                               struct virtio_queue * queue,
 364                               addr_t pfn, addr_t page_addr) {
 365     queue->pfn = pfn;
 366
 367     queue->ring_desc_addr = page_addr;
 368     queue->ring_avail_addr = page_addr + (queue->queue_size * sizeof(struct vring_desc));
 369     queue->ring_used_addr = ((queue->ring_avail_addr) +
 370                              (sizeof(struct vring_avail)) +
 371                              (queue->queue_size * sizeof(uint16_t)));
 372
 373     // round up to next page boundary.
 374     queue->ring_used_addr = (queue->ring_used_addr + 0xfff) & ~0xfff;
 375     if (v3_gpa_to_hva(core, queue->ring_desc_addr, (addr_t *)&(queue->desc)) == -1) {
 376         PrintError(core->vm_info, core, "Could not translate ring descriptor address\n");
 377          return -1;
 378     }
 379
 380     if (v3_gpa_to_hva(core, queue->ring_avail_addr, (addr_t *)&(queue->avail)) == -1) {
 381         PrintError(core->vm_info, core, "Could not translate ring available address\n");
 382         return -1;
 383     }
 384
 385     if (v3_gpa_to_hva(core, queue->ring_used_addr, (addr_t *)&(queue->used)) == -1) {
 386         PrintError(core->vm_info, core, "Could not translate ring used address\n");
 387         return -1;
 388     }
 389
 390     PrintDebug(core->vm_info, core, "RingDesc_addr=%p, Avail_addr=%p, Used_addr=%p\n",
 391                (void *)(queue->ring_desc_addr),
 392                (void *)(queue->ring_avail_addr),
 393                (void *)(queue->ring_used_addr));
 394
 395     PrintDebug(core->vm_info, core, "RingDesc=%p, Avail=%p, Used=%p\n",
 396                queue->desc, queue->avail, queue->used);
 397
 398     return 0;
 399 }
 400
 401 static int virtio_io_write(struct guest_info *core,
 402                            uint16_t port, void * src,
 403                            uint_t length, void * private_data)
 404 {
 405     struct virtio_net_state * virtio = (struct virtio_net_state *)private_data;
 406     int port_idx = port % virtio->io_range_size;
 407
 408     PrintDebug(core->vm_info, core, "VIRTIO NIC %p Write for port %d (index=%d) len=%d, value=%x\n",
 409                private_data, port, port_idx,
 410                length, *(uint32_t *)src);
 411
 412     switch (port_idx) {
 413         case GUEST_FEATURES_PORT:
 414             if (length != 4) {
 415                 PrintError(core->vm_info, core, "Illegal write length for guest features\n");
 416                 return -1;
 417             }
 418             virtio->virtio_cfg.guest_features = *(uint32_t *)src;
 419             break;
 420
 421         case VRING_PG_NUM_PORT:
 422             if (length != 4) {
 423                 PrintError(core->vm_info, core, "Illegal write length for page frame number\n");
 424                 return -1;
 425             }
 426             addr_t pfn = *(uint32_t *)src;
 427             addr_t page_addr = (pfn << VIRTIO_PAGE_SHIFT);
 428             uint16_t queue_idx = virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector;
 429             switch (queue_idx) {
 430                 case 0:
 431                     virtio_setup_queue(core, virtio,
 432                                        &virtio->rx_vq,
 433                                        pfn, page_addr);
 434                     break;
 435                 case 1:
 436                     virtio_setup_queue(core, virtio,
 437                                        &virtio->tx_vq,
 438                                        pfn, page_addr);
 439                     if(virtio->tx_notify == 0){
 440                         disable_cb(&virtio->tx_vq);
 441                     }
 442                     virtio->status = 1;
 443                     break;
 444                 case 2:
 445                     virtio_setup_queue(core, virtio,
 446                                        &virtio->ctrl_vq,
 447                                        pfn, page_addr);
 448                     break;
 449                 default:
 450                     break;
 451             }
 452             break;
 453
 454         case VRING_Q_SEL_PORT:
 455             virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector = *(uint16_t *)src;
 456             if (virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector > 2) {
 457                 PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: wrong queue idx: %d\n",
 458                            virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector);
 459                 return -1;
 460             }
 461             break;
 462
 463         case VRING_Q_NOTIFY_PORT:
 464             {
 465                 uint16_t queue_idx = *(uint16_t *)src;
 466                 if (queue_idx == 0){
 467                     /* receive queue refill */
 468                     virtio->stats.tx_interrupts ++;
 469                 } else if (queue_idx == 1){
 470                     if (handle_pkt_tx(core, virtio, 0) < 0) {
 471                         PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Error to handle packet TX\n");
 472                         return -1;
 473                     }
 474                     virtio->stats.tx_interrupts ++;
 475                 } else if (queue_idx == 2){
 476                     /* ctrl */
 477                 } else {
 478                     PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Wrong queue index %d\n", queue_idx);
 479                 }
 480                 break;
 481             }
 482
 483         case VIRTIO_STATUS_PORT:
 484             virtio->virtio_cfg.status = *(uint8_t *)src;
 485             if (virtio->virtio_cfg.status == 0) {
 486                 virtio_init_state(virtio);
 487             }
 488             break;
 489
 490         case VIRTIO_ISR_PORT:
 491             virtio->virtio_cfg.pci_isr = *(uint8_t *)src;
 492             break;
 493
 494         default:
 495             return -1;
 496             break;
 497     }
 498
 499     return length;
 500 }
 501
 502 static int virtio_io_read(struct guest_info *core,
 503                           uint16_t port, void * dst,
 504                           uint_t length, void * private_data)
 505 {
 506     struct virtio_net_state * virtio = (struct virtio_net_state *)private_data;
 507     int port_idx = port % virtio->io_range_size;
 508     uint16_t queue_idx = virtio->virtio_cfg.vring_queue_selector;
 509
 510     PrintDebug(core->vm_info, core, "Virtio NIC %p: Read  for port 0x%x (index =%d), length=%d\n",
 511                private_data, port, port_idx, length);
 512
 513     switch (port_idx) {
 514         case HOST_FEATURES_PORT:
 515             if (length != 4) {
 516                 PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Illegal read length for host features\n");
 517                 //return -1;
 518             }
 519             *(uint32_t *)dst = virtio->virtio_cfg.host_features;
 520             break;
 521
 522         case VRING_PG_NUM_PORT:
 523             if (length != 4) {
 524                 PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Illegal read length for page frame number\n");
 525                 return -1;
 526             }
 527             switch (queue_idx) {
 528                 case 0:
 529                     *(uint32_t *)dst = virtio->rx_vq.pfn;
 530                     break;
 531                 case 1:
 532                     *(uint32_t *)dst = virtio->tx_vq.pfn;
 533                     break;
 534                 case 2:
 535                     *(uint32_t *)dst = virtio->ctrl_vq.pfn;
 536                     break;
 537                 default:
 538                     break;
 539             }
 540             break;
 541
 542         case VRING_SIZE_PORT:
 543             if (length != 2) {
 544                 PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Illegal read length for vring size\n");
 545                 return -1;
 546             }
 547             switch (queue_idx) {
 548                 case 0:
 549                     *(uint16_t *)dst = virtio->rx_vq.queue_size;
 550                     break;
 551                 case 1:
 552                     *(uint16_t *)dst = virtio->tx_vq.queue_size;
 553                     break;
 554                 case 2:
 555                     *(uint16_t *)dst = virtio->ctrl_vq.queue_size;
 556                     break;
 557                 default:
 558                     break;
 559             }
 560             break;
 561
 562         case VIRTIO_STATUS_PORT:
 563             if (length != 1) {
 564                 PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Illegal read length for status\n");
 565                 return -1;
 566             }
 567             *(uint8_t *)dst = virtio->virtio_cfg.status;
 568             break;
 569
 570         case VIRTIO_ISR_PORT:
 571             *(uint8_t *)dst = virtio->virtio_cfg.pci_isr;
 572             virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0;
 573             v3_pci_lower_irq(virtio->virtio_dev->pci_bus,
 574                              virtio->pci_dev, 0);
 575             break;
 576
 577         case VIRTIO_NET_CONFIG ... VIRTIO_NET_CONFIG + ETH_ALEN - 1:
 578             *(uint8_t *)dst = virtio->net_cfg.mac[port_idx-VIRTIO_NET_CONFIG];
 579             break;
 580
 581         default:
 582             PrintError(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Read of Unhandled Virtio Read:%d\n",
 583                        port_idx);
 584             return -1;
 585     }
 586
 587     return length;
 588 }
 589
 590
 591 /* receiving raw ethernet pkt from backend */
 592 static int virtio_rx(uint8_t * buf, uint32_t size, void * private_data) {
 593     struct virtio_net_state * virtio = (struct virtio_net_state *)private_data;
 594     struct virtio_queue * q = &(virtio->rx_vq);
 595     struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf hdr;
 596     unsigned long flags;
 597     uint8_t kick_guest = 0;
 598
 599     V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: virtio_rx: size: %d\n", size);
 600
 601     if (!q->ring_avail_addr) {
 602         V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: RX Queue not set\n");
 603         virtio->stats.rx_dropped ++;
 604
 605         return -1;
 606     }
 607
 608     memset(&hdr, 0, sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf));
 609
 610     flags = v3_lock_irqsave(virtio->rx_lock);
 611
 612     if (q->cur_avail_idx != q->avail->index){
 613         uint16_t buf_idx;
 614         struct vring_desc * buf_desc;
 615         uint32_t hdr_len;
 616         int len;
 617         uint32_t offset = 0;
 618
 619         hdr_len = (virtio->mergeable_rx_bufs)?
 620             sizeof(struct virtio_net_hdr_mrg_rxbuf):
 621             sizeof(struct virtio_net_hdr);
 622
 623         if(virtio->mergeable_rx_bufs){/* merged buffer */
 624             struct vring_desc * hdr_desc;
 625             uint16_t old_idx = q->cur_avail_idx;
 626
 627             buf_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 628             hdr_desc = &(q->desc[buf_idx]);
 629
 630             len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]),
 631                                     virtio, hdr_desc, buf, size, hdr_len);
 632             if(len < 0){
 633                 goto err_exit;
 634             }
 635             offset += len;
 636
 637             q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 638             q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].length = hdr_len + offset;
 639             q->cur_avail_idx ++;
 640             hdr.num_buffers ++;
 641
 642             while(offset < size) {
 643                 buf_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 644                 buf_desc = &(q->desc[buf_idx]);
 645
 646                 len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]),
 647                                         virtio, buf_desc, buf+offset, size-offset, 0);
 648                 if (len < 0){
 649                     V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: merged buffer, %d buffer size %d\n",
 650                                  hdr.num_buffers, len);
 651                     q->cur_avail_idx = old_idx;
 652                     goto err_exit;
 653                 }
 654                 offset += len;
 655                 buf_desc->flags &= ~VIRTIO_NEXT_FLAG;
 656
 657                 q->used->ring[(q->used->index + hdr.num_buffers) % q->queue_size].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 658                 q->used->ring[(q->used->index + hdr.num_buffers) % q->queue_size].length = len;
 659                 q->cur_avail_idx ++;
 660
 661                 hdr.num_buffers ++;
 662             }
 663
 664             copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]),
 665                               virtio, hdr_desc, (uchar_t *)&hdr, hdr_len, 0);
 666             q->used->index += hdr.num_buffers;
 667         }else{
 668             buf_idx = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 669             buf_desc = &(q->desc[buf_idx]);
 670
 671             /* copy header */
 672             len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]),
 673                                     virtio, buf_desc, (uchar_t *)&(hdr.hdr), hdr_len, 0);
 674             if(len < hdr_len){
 675                 V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: rx copy header error %d, hdr_len %d\n",
 676                              len, hdr_len);
 677                 goto err_exit;
 678             }
 679
 680             len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]),
 681                                     virtio, buf_desc, buf, size, hdr_len);
 682             if(len < 0){
 683                 V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: rx copy data error %d\n", len);
 684                 goto err_exit;
 685             }
 686             offset += len;
 687
 688             /* copy rest of data */
 689             while(offset < size &&
 690                   (buf_desc->flags & VIRTIO_NEXT_FLAG)){
 691                 buf_desc = &(q->desc[buf_desc->next]);
 692                 len = copy_data_to_desc(&(virtio->virtio_dev->vm->cores[0]),
 693                                         virtio, buf_desc, buf+offset, size-offset, 0);
 694                 if (len < 0) {
 695                     break;
 696                 }
 697                 offset += len;
 698             }
 699             buf_desc->flags &= ~VIRTIO_NEXT_FLAG;
 700
 701             if(offset < size){
 702                 V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: rx not enough ring buffer, buffer size %d\n",
 703                              len);
 704                 goto err_exit;
 705             }
 706
 707             q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].id = q->avail->ring[q->cur_avail_idx % q->queue_size];
 708             q->used->ring[q->used->index % q->queue_size].length = size + hdr_len; /* This should be the total length of data sent to guest (header+pkt_data) */
 709             q->used->index ++;
 710             q->cur_avail_idx ++;
 711         }
 712
 713         virtio->stats.rx_pkts ++;
 714         virtio->stats.rx_bytes += size;
 715     } else {
 716         V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: Guest RX queue is full\n");
 717         virtio->stats.rx_dropped ++;
 718
 719         /* kick guest to refill RX queue */
 720         kick_guest = 1;
 721     }
 722
 723     v3_unlock_irqrestore(virtio->rx_lock, flags);
 724
 725     if (!(q->avail->flags & VIRTIO_NO_IRQ_FLAG) || kick_guest) {
 726         V3_Net_Print(2, "Virtio NIC: RX Raising IRQ %d\n",
 727                      virtio->pci_dev->config_header.intr_line);
 728
 729         virtio->virtio_cfg.pci_isr = 0x1;
 730         v3_pci_raise_irq(virtio->virtio_dev->pci_bus, virtio->pci_dev, 0);
 731         virtio->stats.rx_interrupts ++;
 732     }
 733
 734     /* notify guest if it is in guest mode */
 735     if((kick_guest || virtio->rx_notify == 1) &&
 736         V3_Get_CPU() != virtio->virtio_dev->vm->cores[0].pcpu_id){
 737         v3_interrupt_cpu(virtio->virtio_dev->vm,
 738                          virtio->virtio_dev->vm->cores[0].pcpu_id,
 739                          0);
 740     }
 741
 742     return 0;
 743
 744 err_exit:
 745     virtio->stats.rx_dropped ++;
 746     v3_unlock_irqrestore(virtio->rx_lock, flags);
 747
 748     return -1;
 749 }
 750
 751 static int virtio_free(struct virtio_dev_state * virtio) {
 752     struct virtio_net_state * backend = NULL;
 753     struct virtio_net_state * tmp = NULL;
 754
 755
 756     list_for_each_entry_safe(backend, tmp, &(virtio->dev_list), dev_link) {
 757         virtio_deinit_state(&(virtio->vm->cores[0]),backend);
 758         list_del(&(backend->dev_link));
 759         V3_Free(backend);
 760     }
 761
 762     V3_Free(virtio);
 763
 764     return 0;
 765 }
 766
 767
 768 static struct v3_device_ops dev_ops = {
 769     .free = (int (*)(void *))virtio_free,
 770 };
 771
 772
 773 static int virtio_poll(int quote, void * data){
 774     struct virtio_net_state * virtio  = (struct virtio_net_state *)data;
 775
 776     if (virtio->status) {
 777
 778         return handle_pkt_tx(&(virtio->vm->cores[0]), virtio, quote);
 779     }
 780
 781     return 0;
 782 }
 783
 784 static int register_dev(struct virtio_dev_state * virtio,
 785                         struct virtio_net_state * net_state)
 786 {
 787     struct pci_device * pci_dev = NULL;
 788     struct v3_pci_bar bars[6];
 789     int num_ports = sizeof(struct virtio_config);
 790     int tmp_ports = num_ports;
 791     int i;
 792
 793     /* This gets the number of ports, rounded up to a power of 2 */
 794     net_state->io_range_size = 1;
 795     while (tmp_ports > 0) {
 796         tmp_ports >>= 1;
 797         net_state->io_range_size <<= 1;
 798     }
 799
 800     /* this is to account for any low order bits being set in num_ports
 801      * if there are none, then num_ports was already a power of 2 so we shift right to reset it
 802      */
 803     if ((num_ports & ((net_state->io_range_size >> 1) - 1)) == 0) {
 804         net_state->io_range_size >>= 1;
 805     }
 806
 807     for (i = 0; i < 6; i++) {
 808         bars[i].type = PCI_BAR_NONE;
 809     }
 810
 811     PrintDebug(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: io_range_size = %d\n",
 812                net_state->io_range_size);
 813
 814     bars[0].type = PCI_BAR_IO;
 815     bars[0].default_base_port = -1;
 816     bars[0].num_ports = net_state->io_range_size;
 817     bars[0].io_read = virtio_io_read;
 818     bars[0].io_write = virtio_io_write;
 819     bars[0].private_data = net_state;
 820
 821     pci_dev = v3_pci_register_device(virtio->pci_bus, PCI_STD_DEVICE,
 822                                      0, PCI_AUTO_DEV_NUM, 0,
 823                                      "LNX_VIRTIO_NIC", bars,
 824                                      NULL, NULL, NULL, NULL, net_state);
 825
 826     if (!pci_dev) {
 827         PrintError(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Could not register PCI Device\n");
 828         return -1;
 829     }
 830
 831     PrintDebug(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC:  registered to PCI bus\n");
 832
 833     pci_dev->config_header.vendor_id = VIRTIO_VENDOR_ID;
 834     pci_dev->config_header.subsystem_vendor_id = VIRTIO_SUBVENDOR_ID;
 835
 836
 837     pci_dev->config_header.device_id = VIRTIO_NET_DEV_ID;
 838     pci_dev->config_header.class = PCI_CLASS_NETWORK;
 839     pci_dev->config_header.subclass = PCI_NET_SUBCLASS_OTHER;
 840     pci_dev->config_header.subsystem_id = VIRTIO_NET_SUBDEVICE_ID;
 841     pci_dev->config_header.intr_pin = 1;
 842     pci_dev->config_header.max_latency = 1; // ?? (qemu does it...)
 843
 844     net_state->pci_dev = pci_dev;
 845     net_state->virtio_dev = virtio;
 846
 847     memcpy(net_state->net_cfg.mac, virtio->mac, 6);
 848
 849     virtio_init_state(net_state);
 850
 851     V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Registered Intr Line %d\n", pci_dev->config_header.intr_line);
 852
 853     /* Add backend to list of devices */
 854     list_add(&(net_state->dev_link), &(virtio->dev_list));
 855
 856     return 0;
 857 }
 858
 859 #define RATE_UPPER_THRESHOLD_DEFAULT 10000  /* 10000 pkts per second, around 100Mbits */
 860 #define RATE_LOWER_THRESHOLD_DEFAULT 1000   /* 1000 pkts per second, around 10Mbits */
 861 #define PROFILE_PERIOD_DEFAULT       10000  /* us */
 862
 863 static void virtio_nic_timer(struct guest_info * core,
 864                              uint64_t cpu_cycles, uint64_t cpu_freq,
 865                              void * priv_data) {
 866     struct virtio_net_state * net_state = (struct virtio_net_state *)priv_data;
 867     uint64_t period_us;
 868     static int profile_ms = 0;
 869     uint64_t target_period_us = net_state->virtio_dev->period_us;
 870     uint64_t upper_thresh_pps = net_state->virtio_dev->upper_thresh_pps;
 871     uint64_t lower_thresh_pps = net_state->virtio_dev->lower_thresh_pps;
 872
 873
 874     if(!net_state->status){ /* VNIC is not in working status */
 875         return;
 876     }
 877
 878     period_us = (1000*cpu_cycles)/cpu_freq;
 879     net_state->past_us += period_us;
 880
 881     if (net_state->past_us > target_period_us) {
 882
 883         uint64_t tx_count, rx_count;
 884         uint64_t lb_tx_count, lb_rx_count;
 885         uint64_t ub_tx_count, ub_rx_count;
 886
 887         lb_tx_count = lb_rx_count = (lower_thresh_pps * 1000000) / net_state->past_us;  // packets expected in this interval
 888         ub_tx_count = ub_rx_count = (upper_thresh_pps * 1000000) / net_state->past_us;
 889
 890         tx_count = net_state->stats.tx_pkts - net_state->tx_pkts;
 891         rx_count = net_state->stats.rx_pkts - net_state->rx_pkts;
 892
 893         net_state->tx_pkts = net_state->stats.tx_pkts;
 894         net_state->rx_pkts = net_state->stats.rx_pkts;
 895
 896         if(tx_count > ub_tx_count && net_state->tx_notify == 1) {
 897             PrintDebug(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Switch TX to VMM driven mode\n");
 898             disable_cb(&(net_state->tx_vq));
 899             net_state->tx_notify = 0;
 900         }
 901
 902         if(tx_count < lb_tx_count && net_state->tx_notify == 0) {
 903             PrintDebug(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Switch TX to Guest  driven mode\n");
 904             enable_cb(&(net_state->tx_vq));
 905             net_state->tx_notify = 1;
 906         }
 907
 908         if(rx_count > ub_rx_count && net_state->rx_notify == 1) {
 909             PrintDebug(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Switch RX to VMM None notify mode\n");
 910             net_state->rx_notify = 0;
 911         }
 912
 913         if(rx_count < lb_rx_count && net_state->rx_notify == 0) {
 914             V3_Print(core->vm_info, core, "Virtio NIC: Switch RX to VMM notify mode\n");
 915             net_state->rx_notify = 1;
 916         }
 917
 918         net_state->past_us = 0;
 919     }
 920
 921     profile_ms += period_us/1000;
 922     if(profile_ms > 20000){
 923         PrintDebug(core->vm_info, core, "Virtio NIC: TX: Pkt: %lld, Bytes: %lld\n\t\tRX Pkt: %lld. Bytes: %lld\n\t\tDropped: tx %lld, rx %lld\nInterrupts: tx %d, rx %d\nTotal Exit: %lld\n",
 924                 net_state->stats.tx_pkts, net_state->stats.tx_bytes,
 925                 net_state->stats.rx_pkts, net_state->stats.rx_bytes,
 926                 net_state->stats.tx_dropped, net_state->stats.rx_dropped,
 927                 net_state->stats.tx_interrupts, net_state->stats.rx_interrupts,
 928                 net_state->vm->cores[0].num_exits);
 929         profile_ms = 0;
 930     }
 931 }
 932
 933 static struct v3_timer_ops timer_ops = {
 934     .update_timer = virtio_nic_timer,
 935 };
 936
 937 static int connect_fn(struct v3_vm_info * info,
 938                       void * frontend_data,
 939                       struct v3_dev_net_ops * ops,
 940                       v3_cfg_tree_t * cfg,
 941                       void * private_data) {
 942     struct virtio_dev_state * virtio = (struct virtio_dev_state *)frontend_data;
 943     struct virtio_net_state * net_state  = (struct virtio_net_state *)V3_Malloc(sizeof(struct virtio_net_state));
 944
 945     if (!net_state) {
 946         PrintError(info, VCORE_NONE, "Cannot allocate in connect\n");
 947         return -1;
 948     }
 949
 950     memset(net_state, 0, sizeof(struct virtio_net_state));
 951     register_dev(virtio, net_state);
 952
 953     net_state->vm = info;
 954     net_state->net_ops = ops;
 955     net_state->backend_data = private_data;
 956     net_state->virtio_dev = virtio;
 957
 958     switch (virtio->model) {
 959         case GUEST_DRIVEN:
 960             V3_Print(info, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Guest-driven operation\n");
 961             net_state->tx_notify = 1;
 962             net_state->rx_notify = 1;
 963             break;
 964         case VMM_DRIVEN:
 965             V3_Print(info, VCORE_NONE, "Virtio NIC: VMM-driven operation\n");
 966             net_state->tx_notify = 0;
 967             net_state->rx_notify = 0;
 968             break;
 969         case ADAPTIVE: {
 970             V3_Print(info, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Adaptive operation (begins in guest-driven mode)\n");
 971             net_state->tx_notify = 1;
 972             net_state->rx_notify = 1;
 973
 974             net_state->timer = v3_add_timer(&(info->cores[0]), &timer_ops,net_state);
 975
 976         }
 977             break;
 978
 979         default:
 980             V3_Print(info, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Unknown model, using GUEST_DRIVEN\n");
 981             net_state->tx_notify = 1;
 982             net_state->rx_notify = 1;
 983             break;
 984     }
 985
 986
 987     ops->recv = virtio_rx;
 988     ops->poll = virtio_poll;
 989     ops->config.frontend_data = net_state;
 990     ops->config.poll = 1;
 991     ops->config.quote = 64;
 992     ops->config.fnt_mac = V3_Malloc(ETH_ALEN);
 993
 994     if (!ops->config.fnt_mac) {
 995         PrintError(info, VCORE_NONE, "Cannot allocate in connect\n");
 996         // should unregister here
 997         return -1;
 998     }
 999
1000     memcpy(ops->config.fnt_mac, virtio->mac, ETH_ALEN);
1001
1002     return 0;
1003 }
1004
1005 static int setup_perf_model(struct virtio_dev_state *virtio_state, v3_cfg_tree_t *t)
1006 {
1007     char *mode = v3_cfg_val(t,"mode");
1008
1009     // defaults
1010     virtio_state->model = GUEST_DRIVEN;
1011     virtio_state->lower_thresh_pps = RATE_LOWER_THRESHOLD_DEFAULT;
1012     virtio_state->upper_thresh_pps = RATE_UPPER_THRESHOLD_DEFAULT;
1013     virtio_state->period_us = PROFILE_PERIOD_DEFAULT;
1014
1015
1016     // overrides
1017     if (mode) {
1018         if (!strcasecmp(mode,"guest-driven")) {
1019             V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Setting static GUEST_DRIVEN mode of operation (latency optimized)\n");
1020             virtio_state->model=GUEST_DRIVEN;
1021         } else if (!strcasecmp(mode, "vmm-driven")) {
1022             V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Setting static VMM_DRIVEN mode of operation (throughput optimized)\n");
1023             virtio_state->model=VMM_DRIVEN;
1024         } else if (!strcasecmp(mode, "adaptive")) {
1025             char *s;
1026
1027             V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Setting dynamic ADAPTIVE mode of operation\n");
1028             virtio_state->model=ADAPTIVE;
1029
1030             if (!(s=v3_cfg_val(t,"upper"))) {
1031                 V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: No upper bound given, using default\n");
1032             } else {
1033                 virtio_state->upper_thresh_pps = atoi(s);
1034             }
1035             if (!(s=v3_cfg_val(t,"lower"))) {
1036                 V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: No lower bound given, using default\n");
1037             } else {
1038                 virtio_state->lower_thresh_pps = atoi(s);
1039             }
1040             if (!(s=v3_cfg_val(t,"period"))) {
1041                 V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: No period given, using default\n");
1042             } else {
1043                 virtio_state->period_us = atoi(s);
1044             }
1045
1046             V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: lower_thresh_pps=%llu, upper_thresh_pps=%llu, period_us=%llu\n",
1047                      virtio_state->lower_thresh_pps,
1048                      virtio_state->upper_thresh_pps,
1049                      virtio_state->period_us);
1050         } else {
1051             PrintError(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Unknown mode of operation '%s', using default (guest-driven)\n",mode);
1052             virtio_state->model=GUEST_DRIVEN;
1053         }
1054     } else {
1055         V3_Print(VM_NONE, VCORE_NONE, "Virtio NIC: No model given, using default (guest-driven)\n");
1056     }
1057
1058     return 0;
1059
1060 }
1061
1062 /*
1063   <device class="LNX_VIRTIO_NIC" id="nic">
1064      <bus>pci-bus-to-attach-to</bus>  // required
1065      <mac>mac address</mac>  // if ommited with pic one
1066      <model mode="guest-driven|vmm-driven|adaptive" upper="pkts_per_sec" lower="pkts" period="us" />
1067   </device>
1068 */
1069 static int virtio_init(struct v3_vm_info * vm, v3_cfg_tree_t * cfg) {
1070     struct vm_device * pci_bus = v3_find_dev(vm, v3_cfg_val(cfg, "bus"));
1071     struct virtio_dev_state * virtio_state = NULL;
1072     char * dev_id = v3_cfg_val(cfg, "ID");
1073     char * mac = v3_cfg_val(cfg, "mac");
1074     v3_cfg_tree_t *model = v3_cfg_subtree(cfg,"model");
1075
1076     if (pci_bus == NULL) {
1077         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Virtio device require a PCI Bus");
1078         return -1;
1079     }
1080
1081     virtio_state  = (struct virtio_dev_state *)V3_Malloc(sizeof(struct virtio_dev_state));
1082
1083     if (!virtio_state) {
1084         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Cannot allocate in init\n");
1085         return -1;
1086     }
1087
1088     memset(virtio_state, 0, sizeof(struct virtio_dev_state));
1089
1090     INIT_LIST_HEAD(&(virtio_state->dev_list));
1091     virtio_state->pci_bus = pci_bus;
1092     virtio_state->vm = vm;
1093
1094     if (mac) {
1095         if (!str2mac(mac, virtio_state->mac)) {
1096             PrintDebug(vm, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Mac specified %s\n", mac);
1097         } else {
1098             PrintError(vm, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Mac specified is incorrect, picking a randoom mac\n");
1099             random_ethaddr(virtio_state->mac);
1100         }
1101     } else {
1102         PrintDebug(vm, VCORE_NONE, "Virtio NIC: no mac specified, so picking a random mac\n");
1103         random_ethaddr(virtio_state->mac);
1104     }
1105
1106     if (setup_perf_model(virtio_state,model)<0) {
1107         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Cannnot setup performance model\n");
1108         V3_Free(virtio_state);
1109         return -1;
1110     }
1111
1112     struct vm_device * dev = v3_add_device(vm, dev_id, &dev_ops, virtio_state);
1113
1114     if (dev == NULL) {
1115         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Could not attach device %s\n", dev_id);
1116         V3_Free(virtio_state);
1117         return -1;
1118     }
1119
1120     if (v3_dev_add_net_frontend(vm, dev_id, connect_fn, (void *)virtio_state) == -1) {
1121         PrintError(vm, VCORE_NONE, "Virtio NIC: Could not register %s as net frontend\n", dev_id);
1122         v3_remove_device(dev);
1123         return -1;
1124     }
1125
1126     return 0;
1127 }
1128
1129 device_register("LNX_VIRTIO_NIC", virtio_init)
1130