Palacios Public Git Repository

To checkout Palacios execute

  git clone http://v3vee.org/palacios/palacios.web/palacios.git
This will give you the master branch. You probably want the devel branch or one of the release branches. To switch to the devel branch, simply execute
  cd palacios
  git checkout --track -b devel origin/devel
The other branches are similar.


manual updates
[palacios.git] / manual / manual.tex
index 0e23630..1baf462 100755 (executable)
@@ -19,7 +19,8 @@
 %\setlength{\rightmargin}{-2.9in}
 \setlength{\oddsidemargin}{0in}
 \setlength{\parindent}{0.5in}
-
+\setlength\parindent{0in}
+\setlength\parskip{0.1in} 
 
 \begin{document}
 
@@ -29,7 +30,7 @@
 \vspace{0.5in} 
 Palacios Internal Developer Manual
 }
-\author{Jack Lange}
+
 
 \maketitle
 
@@ -37,9 +38,9 @@ Palacios Internal Developer Manual
 This manual is written for Internal Palacios developers. It contains
 information on how to obtain the palacios code base, how to go about
 the development process, and how to commit those changes to the
-mainline source tree. For in depth information on the palacios code
-structure please see {\em An Introduction to the Palacios Virtual
-Machine Monitor -- Release 1.0}.
+mainline source tree.  This assumes that the reader has read {\em An
+Introduction to the Palacios Virtual Machine Monitor -- Release 1.0}
+and also has a slight working knowledge of {\em git}.
 
 
 \section{Overview}
@@ -79,63 +80,437 @@ developer before they can be added to the mainline. We will discuss
 that process in Section~\ref{sec:submission}.
 
 
-\subsection{Palacios}
+\section{Checking out Palacios}
+The central palacios repository is located on {\em
+newskysaw.cs.northwestern.edu} in {\em /home/palacios/palacios}. All
+internal developers have read access to the directory. Each developer
+must create their own local version of the repository, this is done
+with {\em git clone}.
 
-The central palacios repository 
+\begin{verbatim}
+git clone /home/palacios/palacios
+\end{verbatim}
 
-\includegraphics[height=3.5in]{dev_chart.pdf}
+This creates a local copy of the repository at {\em ./palacios/}.
 
-\subsection{Kitten}
 
-\section{Checking out Palacios}
+All development work is done in the {\em devel} branch of the
+repository. The developer can access this branch via:
+
+\begin{verbatim}
+git checkout --track -b devel origin/devel
+\end{verbatim}
+
+or 
+
+\begin{verbatim}
+/opt/vmm-tools/bin/checkout_branch devel
+\end{verbatim}
+
+{\em Important:}
+Note that palacios is very actively developed so the contents of the
+{\em devel} branch are frequently changing. In order to keep up to
+date with the latest version, it is necessary to periodically pull the
+latest changes from the master repository by running \verb.git pull..
 
-Checkout or clone the devel branch of Palacios from the master
-repository. You should have the read permission to these branches.
 
 
 \section{Checking out Kitten}
 
-hg clone /home/palacios/kitten
+Kitten is available from Sandia National Labs, and is the main host OS
+we are targetting with Palacios. Loosely speaking core Palacios
+developers are internal Kitten developers, and internal Palacios
+developers are external Kitten developers. Because we have limited
+access to the Kitten repository, we are maintaining a local mirror
+copy in {\em /home/palacios/kitten}. 
 
-git clone /home/palacios/palacios
+Kitten uses Mercurial for their source management, so you will have to
+make sure the local mercurial version is configured correctly.
+Specifically you should add the following python path to your shell environment.
 
-/opt/vmm-tools/bin/checkout\_branch devel
+\begin{verbatim}
+export PYTHONPATH=/usr/local/lib64/python2.4/site-packages/
+\end{verbatim}
+
+You can then clone Kitten from the local mirror:
+\begin{verbatim}
+hg clone /home/palacios/kitten
+\end{verbatim}
 
+Both the Kitten and Palacios clone commands should be run from the
+same direcotyr. This means that both repositories should be located at
+the same directory level. The Kitten build process depends on this.
+
+{\em Important:} Like Palacios, Kitten is very actively developed so
+source tree is frequently changing. In order to keep up to date with
+the latest version, it is necessary to periodically pull the latest
+changes from the mirror repository by running \verb.hg pull. followed
+by \verb.hg update..
 
 \section{Compiling Palacios}
-cd palacios/build/
+Palacios is capable of targeting 32 and 64 bit operating systems, and
+includes a build process that supports both these
+architectures. Furthermore, Palacios has multiple build locations,
+with multiple makefiles: a top level build directory and a Palacios
+specific build directory. The Palacios build process first generates a
+static library that includes the Palacios VMM. This static library is
+then linked into a host operating system. Palacios internally supports
+GeekOS and can generate a complete OS image via a unified build
+process. To combine Palacios with Kitten, it is necessary to first
+compile Palacios and then to compile Kitten externally link it with
+Palacios. The output of the compilation process is a bit more complex
+and generates multiple binaries, and the specifics can be found in the
+Makefiles.
+
+The top level build directory provides a number of high level make
+targets, and is located in {\em palacios/build/}. It supports building
+32 and 64 bit versions of the Palacios library independently as well
+as building an integrated version of GeekOS.   The basic targets are:
+\begin{itemize}
+\item \verb.make palacios-full32. -- Generates a 32 bit version of the Palacios static library 
+\item \verb.make palacios-full64. -- Generates a 64 bit version of the
+Palacios static library
+\item \verb.make geekos. -- Compiles the GeekOS kernel, and link it with the
+Palacios static library 
+\item \verb.make geekos-iso. -- Generate an ISO boot disk image from the
+GeekOS kernel that has been compiled
+\end{itemize}
+
+The second build directory is located at {\em palacios/palacios/build}
+and handles only the Palacios compilation process. It supports a
+differnt set of targets and arguments:
+\begin{itemize}
+\item \verb.make ARCH=32. -- iteratively compiles a 32 bit version of Palacios
+\item \verb.make ARCH=64. -- iteratively compiles a 64 bit version of
+Palacios
+\item \verb.make ARCH=32 world. -- fully recompiles a 32 bit version of
+Palacios
+\item \verb.make ARCH=64 world. -- fully recompiles a 64 bit version of
+Palacios
+\end{itemize}
 
+Both build levels support compilation directives that control the
+debugging messages that are generated by Palacios. These are specified
+by appending a \verb.DEBUG_<COMPONENT>=1. to the end of the
+\verb.make. command. The components that are currently supported are:
+\begin{itemize}
+\item \verb.DEBUG_ALL=1. -- enables debugging for all the VMM components
+({\em Warning:} this generates a {\em lot} of debug information.
+\item \verb.DEBUG_SHADOW_PAGING=1.
+\item \verb.DEBUG_CTRL_REGS=1.
+\item \verb.DEBUG_INTERRUPTS=1.
+\item \verb.DEBUG_IO=1.
+\item \verb.DEBUG_KEYBOARD=1.
+\item \verb.DEBUG_PIC=1.
+\item \verb.DEBUG_PIT=1.
+\item \verb.DEBUG_NVRAM=1.
+\item \verb.DEBUG_GENERIC=1.
+\item \verb.DEBUG_EMULATOR=1.
+\item \verb.DEBUG_RAMDISK=1.
+\item \verb.DEBUG_XED=1.
+\item \verb.DEBUG_HALT=1.
+\item \verb.DEBUG_DEV_MGR=1.
+\item \verb.DEBUG_APIC=1.
+\end{itemize}
 
-This will build Palacios as a library, libv3vee.a in the palacios/palacios/build/.
 
 
 \section{Compiling Kitten}
+Kitten requires a 64 bit version of Palacios, so make sure that
+Palacios has been correctly compiled before compiling Kitten.
+
 \subsection{Configuration}
-Kitten building can be configured by either text or graph configure interface, which is similar to the Linux kernel configure, By one of the following commands:
+Kitten borrows a lot of concepts from Linux, including the Linux build
+process. As such it must be configured before it is actually compiled.
+The Kitten configuration process is the same as Linux, and can be
+accessed via any of these make targets.
+\begin{itemize}
+\item \verb.make xconfig.
+\item \verb.make config.
+\item \verb.make menuconfig.
+\end{itemize}
 
-make xconfig
-make config
-make menuconfig
+There are some specific configuration options that should be disabled
+to work with Palacios. Because Palacios is configured by default to
+provide a guest with direct access to the VGA console, the {\em VGA
+console} device driver should be disbabled in the Kitten
+configuration. Similarly the {\em VM console} driver should be
+disabled as well.
 
-Make sure turn on the network device driver, networking, and input kernel command 'console=serial net=rtl8139'
-\subsection{Compilation}
+Furthermore, because the VGA console is not being used the {\em Kernel
+Command Line Arguments} must be modified to remove the {\em VGA}
+device from the console list.
 
-Build Palacios as a module for Kitten
-In the first time, make sure to build Kitten before you building the Palacios as the module to kitten. 
-Palacios now is built as a module of the Kitten. You can find the palacios.c and palacios.h in the kitten/palacios/. Enter the directory, build the palacios module.
+The guest OS that is booted as a VM is included as an ISO image in raw
+binary format inside Kitten's {\em init\_task}. To change the guest
+ISO, you must change the makefile for the init\_task. This is located
+in {\em user/hello\_world/Makefile} and the syntax is well commented.
+On {\em newskysaw} a collection of guest ISO images are located in
+{\em /opt/vmm-tools/isos/}. 
 
-cd kitten/palacios
+
+\subsection{Compilation}
+After Kitten has been configured the compilation can be done. The
+general process is to compile a reference build of Kitten, followed by
+compiling Palacios support as a kernel module, and then doing a new
+full recompilation of Kitten.
+
+The specific compilation steps are run from the top level Kitten directory:
+\begin{verbatim}
+make
+cd palacios
 make -C .. M=`pwd`
 cp built-in.o ../modules/palacios-mod.o
-Build Kitten
-Go back to kitten root directory, and build the Kitten again.
+cd ..
+make
+make isoimage
+\end{verbatim}
+
+This generates an ISO boot image containing Kitten, Palacios, and the
+guest that will be run as a VM. The ISO image is located at {\em
+./arch/x86\_64/boot/image.iso}.
 
-make  isoimage
 
 \section{Running Palacios/Kitten}
-Run the whole stuff built above in Qemu using following command: 
+Kitten and Palacios are capable of running under Qemu, which makes
+debugging much simpler.
+
+The basic form of the command to start the Qemu emulator is:
+\begin{verbatim}
+/usr/local/qemu/bin/qemu-system-x86_64 -smp 1 -m 1024 \
+        -serial file:./serial.out \
+        -cdrom ./arch/x86_64/boot/image.iso  \
+        < /dev/null
+\end{verbatim}
+
+The command starts up a single processor emulated machine, with 1gig
+of RAM and a cdrom drive loaded with the Kitten ISO image. Furthermore
+all output to the serial port is written directly to a file called
+{\em serial.out}. This command can be copied into a shell script for easy access.
+
+\section{Development Guidelines}
+
+There are standard requirements we have for code entering the mainline. 
+
+First and foremost, Palacios is designed to be OS indenpendent and
+support 32 and 64 bit architectures. This means that developers should
+not include any external OS specific dependencies in any Palacios
+component. Also all changes need to be tested on both 32 and 64 bit
+architectures to make sure that they compile as well as run corrrectly.
+
+\paragraph*{Coding Style}
+
+"The use of equal negative space, as a balance to positive space, in a
+composition is considered by many as good design. This basic and often
+overlooked principle of design gives the eye a "place to rest,"
+increasing the appeal of a composition through subtle means."
+\newline\newline
+Translation: Use the spacebar, newlines, and parentheses. 
+\newline\newline
+{\em Bad}
+\begin{verbatim}
+if(a&&b==5||c!=0){return;}
+\end{verbatim}
+
+
+{\em Good}
+
+\begin{verbatim}
+if (((a) && (b == 5)) || 
+    (c != 0)) {
+       return;
+}
+\end{verbatim}
+
+\paragraph*{Fail Stop}
+Because booting a basic linux kernel results in over 1 million VM exits
+catching silent errors is next to impossible. For this reason
+ANY time your code has an error it should return -1, and expect the
+execution to halt. 
+
+This includes unimplemented features and unhandled cases. These cases
+should ALWAYS return -1. 
+
+
+\paragraph*{Function names}
+Externally visible function names should be used rarely and have
+unique names. Currently we have several techniques for achieving this:
+
+\begin{enumerate}
+\item \verb.#ifdefs. in the header file
+\newline
+When the V3 Hypervisor is compiled it defines the symbol
+\verb.__V3VEE__. Any function that is not needed outside the Hypervisor
+context should be inside an \verb.#ifdef __V3VEE__. block, this will make it
+invisible to the host environment.
+
+\item Static Functions
+\newline
+Any utility functions that are only needed in the .c file where they
+are defined should be declared as static and not included in the
+header file. You should make an effort to use static functions
+whenever possible. 
+
+\item \verb.v3_. prefix
+\newline
+Major interface functions should be named with the prefix \verb.v3_. This
+allows easy understanding of how to interact with the subsystems. And
+in the case that they need to be externally visible to the host os,
+make them unlikely to collide with other functions. 
+\end{enumerate}
+
+\paragraph*{Debugging Output}
+Debugging output is sent through the host os via functions in the
+\verb.os_hooks. structure. These functions have various wrappers of the form
+\verb.Print*., with printf style semantics. 
+
+Two functions of note are \verb.PrintDebug. and \verb.PrintError..
+
+\begin{itemize}
+
+\item PrintDebug:
+\newline
+Should be used for debugging output that will often be
+turned off selectively by the VMM configuration. 
+
+\item PrintError
+\newline
+Should be used when an error occurs, this will never be optimized out
+and will always print. 
+\end{itemize}
+
+
+\section{Code Submission}
+\label{sec:submission}
+
+To commit changes to the central repository they need to be exported
+as a patch set that can be applied directly to a mainline. Both Git
+and Mercurial contain functionality to allow developers to maintain
+changes as a patch set. There are also a few options that make dealing
+with patches easier.
+
+\subsection{Palacios}
+
+Git includes support for directly exporting local repository commits
+as a patch set. The basic operation is for a developer to commit a
+change to a local repository, and then export that change as a patch
+that can be applied to another git repository. While this is
+functionally possible, there are a number of issues. The main problem
+is that it is difficult to fully encapsulate a new feature in a single
+commit, and dealing with multiple patches that often overwrite each
+other is not a viable option either. Furthermore, once a patch is
+applied to the mainline, it will generate a conflicting commit that
+will become present when the developer next pulls from the central
+repository. This can result in both repositories getting out of
+sync. It is possible to deal with this by manually rebasing the local
+repository, but it is difficult and error-prone. 
+
+This approach also does not map well when patches are being revised. A
+normal patch will go through multiple revisions as it is reviewed and
+modified by others. This often leads to synchronization issues as well
+as errors with patch revisions. Ultimately it is the responsibility of
+the developer to generate a patch that will apply cleanly to the
+mainline.
+
+For this reason most internal developers should seriously consider
+{\em stacked git}. Stacked git is designed to make patch development
+easier and less of a headache. The basic mode of operation is for a
+developer to intialize a patch for a new feature and then continuously
+apply changes to the patch. Stacked Git allows a developer to layer a
+series of patches on top of a local git repository, without causing
+the repository to unsync due to local commits. Basically, the
+developer never commits changes to the repository itself but instead
+commits the changes to a specific patch. The local patches are managed
+using stack operations (push/pop) which allows a developer to apply
+and unapply patches as needed. Stacked git also manages new changes to
+the underlying git repository as a result of a pull operation and
+prevents collisions as changes are propagated upstream. For instance
+if you have a local patch that is applied to the mainline as a commit,
+when the commit is pulled down the patch becomes empty because it is
+effectively identical to the mainline. It also makes incorporating
+external revisions to a patch easier. Stacked git is installed on {\em
+newskysaw} in \verb./opt/vmm-tools/bin/. 
+
+Brief command overview:
+\begin{itemize}
+\item \verb.stg init. -- Initialize stacked git in a given branch
+\item \verb.stg new. -- create a new patch set, an editor will open
+asking for a commit message that will be used when the patch is
+ultimately committed.
+\item \verb.stg pop. -- pops a patch off of the source tree.
+\item \verb.stg push. -- pushes a patch back on to a source tree.
+\item \verb.stg export. -- exports a patch to a directory as a file
+that can then be emailed.
+\item \verb.stg refresh. -- commits local changes to the patch set at
+the top of the applied stack.
+\item \verb.stg fold. -- Apply a patch file to the current
+patch. (This is how you can manage revisions that are made by other developers).
+\end{itemize}
+
+You should definately look at the online documentation to better
+understand how stacked git works. It is not required of course, but if
+you want your changes to be applied its up to you to generate a patch
+that is acceptable to a core developer. Ultimately using Stacked git
+should be easier than going it alone.
+
+
+All patches should be emailed to Jack for inclusion in the
+mainline. An overview of the organization is given in
+Figure~\ref{fig:process}. You should assume that the first revision of
+a patch will not be accepted, and that you will have to make
+changes. Furthermore, the final form of the patch most likely will not
+be exactly what you submitted. 
 
-/usr/local/qemu/bin/qemu-system-x86\_64 -smp 1 -m 1024 -serial file:./serial.out -cdrom ./arch/x86\_64/boot/image.iso  -net tap, ifname=tap0  < /dev/null
+\begin{figure}[t]
+\begin{center}
+\includegraphics[height=3.5in]{dev_chart.pdf}
+\end{center}
+\caption{Development organization}
+\label{fig:process}
+\end{figure}
+
+
+\subsection{Kitten}
+
+Writing code for Kitten follows essentially the same process as
+Palacios. The difference is that the patches need to be emailed to the
+Kitten developers. To send in a patch, you can just email it to the
+V3Vee development list.
+
+
+Also, instead of Stacked git you should use Mercurial patch
+queues. This feature is enabled in your .hgrc file.
+\begin{verbatim}
+[extensions]
+hgext.mq=
+\end{verbatim}
+
+Mercurial queues use the same stack operations as stacked git, however
+does not automatically handle the synchronization with pull
+operations. Before you update from the central version of Kitten you
+need to pop all of the patches, and then push them once the update is
+complete.
+
+Basically:
+\begin{verbatim}
+hg qpop -a
+hg pull
+hg update
+hg qupush -a
+\end{verbatim}
+
+
+Also, remember that Kitten is not a Northwestern project and is being
+developed by professional developers at Sandia National Labs. So keep
+in mind that you are representing Northwestern and the rest of the
+Palacios development group. We are collaborating with them because
+Kitten and the resources they have are very important for our research
+efforts. They are collaborating with us because they believe that
+Palacios might be able to help them. Therefore it is important that we
+continue to ensure that they see value in our collaboration. In plain
+terms, we need to make sure they think we're smart and know what we're
+doing. So please keep that in mind when dealing with the Kitten group.
 
 
 \section{Networking}
@@ -145,11 +520,21 @@ Set up Tap interfaces:
 
 /root/util/tap\_create tapX
 
-Bridging tapX with eth1 will only work (work = send packet and also make packet visible on localhost) if the IP address is set correctly (correctly = match network it is connected to  e.g., network of eth1)  so bring up the network inside of the VM / QEMU as 10-net, and it should route through the eth1 rule and be visible both on the host and in the physical network
+Bridging tapX with eth1 will only work (work = send packet and also
+make packet visible on localhost) if the IP address is set correctly
+(correctly = match network it is connected to e.g., network of eth1)
+so bring up the network inside of the VM / QEMU as 10-net, and it
+should route through the eth1 rule and be visible both on the host and
+in the physical network
 
 
 \subsection{Configuring Kitten}
 
+To enable networking in Qemu, networking needs to be enabled in the configuration.
+
+Make sure turn on the network device driver, networking, and input
+kernel command 'console=serial net=rtl8139'
+
 How to set ip address in kitten:
 
 Kitten ip address setting is in file drivers/net/ne2k/rtl8139.c, in the code below which is located in function rtl8139\_init.
@@ -186,11 +571,7 @@ Qemu has many options to build up a virtual or real networking. See http://www.h
 
 
 
-\section{Code Submission}
-\label{sec:submission}
-\subsection{Palacios}
 
-\subsection{Kitten}
 
 For more questions, talk to Jack or Lei.