palacios/src/devices/swapbypass_cache.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) 2008, Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  11  * Copyright (c) 2008, The V3VEE Project <http://www.v3vee.org>
  12  * All rights reserved.
  13  *
  14  * Author: Jack Lange <jarusl@cs.northwestern.edu>
  15  *
  16  * This is free software.  You are permitted to use,
  17  * redistribute, and modify it as specified in the file "V3VEE_LICENSE".
  18  */
  19
  20 #include <palacios/vmm.h>
  21 #include <palacios/vmm_dev_mgr.h>
  22 #include <palacios/vmm_swapbypass.h>
  23 #include <palacios/vm_guest.h>
  24
  25
  26 #ifdef V3_CONFIG_SWAPBYPASS_TELEMETRY
  27 #include <palacios/vmm_telemetry.h>
  28 #endif
  29
  30
  31 /* This is the first page that linux writes to the swap area */
  32 /* Taken from Linux */
  33 union swap_header {
  34     struct {
  35         char reserved[PAGE_SIZE - 10];
  36         char magic[10];                 /* SWAP-SPACE or SWAPSPACE2 */
  37     } magic;
  38     struct {
  39         char                    bootbits[1024]; /* Space for disklabel etc. */
  40         uint32_t                version;
  41         uint32_t                last_page;
  42         uint32_t                nr_badpages;
  43         unsigned char           sws_uuid[16];
  44         unsigned char           sws_volume[16];
  45         uint32_t                type;           // The index into the swap_map
  46         uint32_t                padding[116];
  47         //              uint32_t                padding[117];
  48         uint32_t                badpages[1];
  49     } info;
  50 };
  51
  52
  53
  54 struct swap_state {
  55     int active;
  56
  57     uint_t swapped_pages;
  58     uint_t unswapped_pages;
  59
  60
  61     union swap_header * hdr;
  62
  63 #ifdef V3_CONFIG_SWAPBYPASS_TELEMETRY
  64     uint32_t pages_in;
  65     uint32_t pages_out;
  66 #endif
  67
  68
  69     uint64_t capacity;
  70     uint8_t * swap_space;
  71     addr_t swap_base_addr;
  72
  73     struct v3_vm_info * vm;
  74
  75     uint8_t usage_map[0]; // This must be the last structure member
  76 };
  77
  78
  79
  80
  81 static inline void set_index_usage(struct swap_state * swap, uint32_t index, int used) {
  82     int major = index / 8;
  83     int minor = index % 8;
  84
  85     if (used) {
  86         swap->usage_map[major] |= (1 << minor);
  87     } else {
  88         swap->usage_map[major] &= ~(1 << minor);
  89     }
  90 }
  91
  92 static inline int get_index_usage(struct swap_state * swap, uint32_t index) {
  93     int major = index / 8;
  94     int minor = index % 8;
  95
  96     return (swap->usage_map[major] & (1 << minor));
  97 }
  98
  99
 100 static inline uint32_t get_swap_index_from_offset(uint32_t offset) {
 101     // CAREFUL: The index might be offset by 1, because the first 4K is the header
 102     return (offset / 4096);
 103 }
 104
 105
 106 /*
 107   static inline uint32_t get_swap_index(uint32_t offset) {
 108   // CAREFUL: The index might be offset by 1, because the first 4K is the header
 109   return (swap_addr - swap->swap_space) / 4096;
 110   }
 111 */
 112
 113
 114 static inline void * get_swap_entry(uint32_t pg_index, void * private_data) {
 115     struct swap_state * swap = (struct swap_state *)private_data;
 116     void * pg_addr = NULL;
 117     // int ret = 0;
 118
 119     //    if ((ret = get_index_usage(swap, pg_index))) {
 120     // CAREFUL: The index might be offset by 1, because the first 4K is the header
 121     pg_addr = (void *)(swap->swap_space + (pg_index * 4096));
 122     //    }
 123
 124     return pg_addr;
 125 }
 126
 127
 128
 129 static uint64_t swap_get_capacity(void * private_data) {
 130     struct swap_state * swap = (struct swap_state *)private_data;
 131
 132     PrintDebug("SymSwap: Getting Capacity %d\n", (uint32_t)(swap->capacity));
 133
 134     return swap->capacity;
 135 }
 136
 137
 138 static struct v3_swap_ops swap_ops = {
 139     .get_swap_entry = get_swap_entry,
 140 };
 141
 142
 143
 144 static int swap_read(uint8_t * buf, uint64_t lba, uint64_t num_bytes, void * private_data) {
 145     struct swap_state * swap = (struct swap_state *)private_data;
 146     uint32_t offset = lba;
 147     uint32_t length = num_bytes;
 148
 149
 150
 151     PrintDebug("SymSwap: Reading %d bytes to %p from %p\n", length,
 152                buf, (void *)(swap->swap_space + offset));
 153
 154
 155     if (length % 4096) {
 156         PrintError("Swapping in length that is not a page multiple\n");
 157     }
 158
 159     memcpy(buf, swap->swap_space + offset, length);
 160
 161     swap->unswapped_pages += (length / 4096);
 162
 163     if ((swap->active == 1) && (offset != 0)) {
 164         int i = 0;
 165         // Notify the shadow paging layer
 166
 167 #ifdef V3_CONFIG_SWAPBYPASS_TELEMETRY
 168         swap->pages_in += length / 4096;
 169 #endif
 170
 171         for (i = 0; i < length; i += 4096) {
 172             set_index_usage(swap, get_swap_index_from_offset(offset + i), 0);
 173             v3_swap_in_notify(swap->vm, get_swap_index_from_offset(offset + i), swap->hdr->info.type);
 174         }
 175     }
 176
 177     return 0;
 178 }
 179
 180
 181
 182
 183 static int swap_write(uint8_t * buf,  uint64_t lba, uint64_t num_bytes, void * private_data) {
 184     struct swap_state * swap = (struct swap_state *)private_data;
 185     uint32_t offset = lba;
 186     uint32_t length = num_bytes;
 187
 188     /*
 189       PrintDebug("SymSwap: Writing %d bytes to %p from %p\n", length,
 190       (void *)(swap->swap_space + offset), buf);
 191     */
 192
 193     if (length % 4096) {
 194         PrintError("Swapping out length that is not a page multiple\n");
 195     }
 196
 197     if ((swap->active == 0) && (offset == 0)) {
 198         // This is the swap header page
 199
 200         if (length != 4096) {
 201             PrintError("Initializing Swap space by not writing page multiples. This sucks...\n");
 202             return -1;
 203         }
 204
 205         swap->active = 1;
 206
 207         PrintDebug("Swap Type=%d (magic=%s)\n", swap->hdr->info.type, swap->hdr->magic.magic);
 208
 209         if (v3_register_swap_disk(swap->vm, swap->hdr->info.type, &swap_ops, swap) == -1) {
 210             PrintError("Error registering symbiotic swap disk\n");
 211             return -1;
 212         }
 213     }
 214
 215     memcpy(swap->swap_space + offset, buf, length);
 216
 217     swap->swapped_pages += (length / 4096);
 218
 219     if ((swap->active == 1) && (offset != 0)) {
 220         int i = 0;
 221
 222 #ifdef V3_CONFIG_SWAPBYPASS_TELEMETRY
 223         swap->pages_out += length / 4096;
 224 #endif
 225
 226         for (i = 0; i < length; i += 4096) {
 227             set_index_usage(swap, get_swap_index_from_offset(offset + i), 1);
 228         }
 229     }
 230
 231     return 0;
 232 }
 233
 234
 235 static int swap_free(struct vm_device * dev) {
 236     return -1;
 237 }
 238
 239
 240 static struct v3_dev_blk_ops blk_ops = {
 241     .read = swap_read,
 242     .write = swap_write,
 243     .get_capacity = swap_get_capacity,
 244 };
 245
 246
 247
 248 static struct v3_device_ops dev_ops = {
 249     .free = swap_free,
 250     .reset = NULL,
 251     .start = NULL,
 252     .stop = NULL,
 253 };
 254
 255
 256 #ifdef V3_CONFIG_SWAPBYPASS_TELEMETRY
 257 static void telemetry_cb(struct v3_vm_info * vm, void * private_data, char * hdr) {
 258     struct vm_device * dev = (struct vm_device *)private_data;
 259     struct swap_state * swap = (struct swap_state *)(dev->private_data);
 260
 261     V3_Print("%sSwap Device:\n", hdr);
 262     V3_Print("%s\tPages Swapped in=%d\n", hdr, swap->pages_in);
 263     V3_Print("%s\tPages Swapped out=%d\n", hdr, swap->pages_out);
 264
 265 }
 266 #endif
 267
 268
 269
 270
 271
 272 static int swap_init(struct v3_vm_info * vm, v3_cfg_tree_t * cfg) {
 273     struct swap_state * swap = NULL;
 274     v3_cfg_tree_t * frontend_cfg = v3_cfg_subtree(cfg, "frontend");
 275     uint32_t capacity = atoi(v3_cfg_val(cfg, "size")) * 1024 * 1024;
 276     char * dev_id = v3_cfg_val(cfg, "ID");
 277
 278     if (!frontend_cfg) {
 279         PrintError("Initializing sym swap without a frontend device\n");
 280         return -1;
 281     }
 282
 283     PrintDebug("Creating Swap Device (size=%dMB)\n", capacity / (1024 * 1024));
 284
 285     swap = (struct swap_state *)V3_Malloc(sizeof(struct swap_state) + ((capacity / 4096) / 8));
 286
 287     if (!swap) {
 288         PrintError("Cannot allocate in init\n");
 289         return -1;
 290     }
 291
 292     swap->vm = vm;
 293
 294     swap->capacity = capacity;
 295
 296     swap->swapped_pages = 0;
 297     swap->unswapped_pages = 0;
 298
 299     swap->active = 0;
 300     swap->hdr = (union swap_header *)swap;
 301
 302     swap->swap_base_addr = (addr_t)V3_AllocPages(swap->capacity / 4096);
 303
 304     if (!swap->swap_base_addr) {
 305         PrintError("Cannot allocate swap space\n");
 306         V3_Free(swap);
 307         return -1;
 308     }
 309
 310     swap->swap_space = (uint8_t *)V3_VAddr((void *)(swap->swap_base_addr));
 311     memset(swap->swap_space, 0, swap->capacity);
 312
 313     memset(swap->usage_map, 0, ((swap->capacity / 4096) / 8));
 314
 315     struct vm_device * dev = v3_allocate_device(dev_id, &dev_ops, swap);
 316
 317     if (v3_attach_device(vm, dev) == -1) {
 318         PrintError("Could not attach device %s\n", dev_id);
 319         return -1;
 320     }
 321
 322     if (v3_dev_connect_blk(vm, v3_cfg_val(frontend_cfg, "tag"),
 323                            &blk_ops, frontend_cfg, swap) == -1) {
 324         PrintError("Could not connect %s to frontend %s\n",
 325                    dev_id, v3_cfg_val(frontend_cfg, "tag"));
 326         return -1;
 327     }
 328
 329 #ifdef V3_CONFIG_SWAPBYPASS_TELEMETRY
 330     if (vm->enable_telemetry == 1) {
 331         v3_add_telemetry_cb(vm, telemetry_cb, dev);
 332     }
 333 #endif
 334
 335     return 0;
 336 }
 337
 338 device_register("SWAPBYPASS_CACHE", swap_init)