lib/librte_vhost/vhost.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2  * Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation
   3  */
   4
   5 #ifndef _VHOST_NET_CDEV_H_
   6 #define _VHOST_NET_CDEV_H_
   7 #include <stdint.h>
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <sys/types.h>
  10 #include <sys/queue.h>
  11 #include <unistd.h>
  12 #include <linux/vhost.h>
  13 #include <linux/virtio_net.h>
  14 #include <sys/socket.h>
  15 #include <linux/if.h>
  16
  17 #include <rte_log.h>
  18 #include <rte_ether.h>
  19 #include <rte_rwlock.h>
  20
  21 #include "rte_vhost.h"
  22
  23 /* Used to indicate that the device is running on a data core */
  24 #define VIRTIO_DEV_RUNNING 1
  25 /* Used to indicate that the device is ready to operate */
  26 #define VIRTIO_DEV_READY 2
  27
  28 /* Backend value set by guest. */
  29 #define VIRTIO_DEV_STOPPED -1
  30
  31 #define BUF_VECTOR_MAX 256
  32
  33 /**
  34  * Structure contains buffer address, length and descriptor index
  35  * from vring to do scatter RX.
  36  */
  37 struct buf_vector {
  38         uint64_t buf_addr;
  39         uint32_t buf_len;
  40         uint32_t desc_idx;
  41 };
  42
  43 /*
  44  * A structure to hold some fields needed in zero copy code path,
  45  * mainly for associating an mbuf with the right desc_idx.
  46  */
  47 struct zcopy_mbuf {
  48         struct rte_mbuf *mbuf;
  49         uint32_t desc_idx;
  50         uint16_t in_use;
  51
  52         TAILQ_ENTRY(zcopy_mbuf) next;
  53 };
  54 TAILQ_HEAD(zcopy_mbuf_list, zcopy_mbuf);
  55
  56 /*
  57  * Structure contains the info for each batched memory copy.
  58  */
  59 struct batch_copy_elem {
  60         void *dst;
  61         void *src;
  62         uint32_t len;
  63         uint64_t log_addr;
  64 };
  65
  66 /**
  67  * Structure contains variables relevant to RX/TX virtqueues.
  68  */
  69 struct vhost_virtqueue {
  70         struct vring_desc       *desc;
  71         struct vring_avail      *avail;
  72         struct vring_used       *used;
  73         uint32_t                size;
  74
  75         uint16_t                last_avail_idx;
  76         uint16_t                last_used_idx;
  77         /* Last used index we notify to front end. */
  78         uint16_t                signalled_used;
  79 #define VIRTIO_INVALID_EVENTFD          (-1)
  80 #define VIRTIO_UNINITIALIZED_EVENTFD    (-2)
  81
  82         /* Backend value to determine if device should started/stopped */
  83         int                     backend;
  84         int                     enabled;
  85         int                     access_ok;
  86         rte_spinlock_t          access_lock;
  87
  88         /* Used to notify the guest (trigger interrupt) */
  89         int                     callfd;
  90         /* Currently unused as polling mode is enabled */
  91         int                     kickfd;
  92
  93         /* Physical address of used ring, for logging */
  94         uint64_t                log_guest_addr;
  95
  96         uint16_t                nr_zmbuf;
  97         uint16_t                zmbuf_size;
  98         uint16_t                last_zmbuf_idx;
  99         struct zcopy_mbuf       *zmbufs;
 100         struct zcopy_mbuf_list  zmbuf_list;
 101
 102         struct vring_used_elem  *shadow_used_ring;
 103         uint16_t                shadow_used_idx;
 104         struct vhost_vring_addr ring_addrs;
 105
 106         struct batch_copy_elem  *batch_copy_elems;
 107         uint16_t                batch_copy_nb_elems;
 108
 109         rte_rwlock_t    iotlb_lock;
 110         rte_rwlock_t    iotlb_pending_lock;
 111         struct rte_mempool *iotlb_pool;
 112         TAILQ_HEAD(, vhost_iotlb_entry) iotlb_list;
 113         int                             iotlb_cache_nr;
 114         TAILQ_HEAD(, vhost_iotlb_entry) iotlb_pending_list;
 115 } __rte_cache_aligned;
 116
 117 /* Old kernels have no such macros defined */
 118 #ifndef VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE
 119  #define VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE 21
 120 #endif
 121
 122 #ifndef VIRTIO_NET_F_MQ
 123  #define VIRTIO_NET_F_MQ                22
 124 #endif
 125
 126 #define VHOST_MAX_VRING                 0x100
 127 #define VHOST_MAX_QUEUE_PAIRS           0x80
 128
 129 #ifndef VIRTIO_NET_F_MTU
 130  #define VIRTIO_NET_F_MTU 3
 131 #endif
 132
 133 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
 134  #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT            27
 135 #endif
 136
 137 /* Declare IOMMU related bits for older kernels */
 138 #ifndef VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM
 139
 140 #define VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM 33
 141
 142 struct vhost_iotlb_msg {
 143         __u64 iova;
 144         __u64 size;
 145         __u64 uaddr;
 146 #define VHOST_ACCESS_RO      0x1
 147 #define VHOST_ACCESS_WO      0x2
 148 #define VHOST_ACCESS_RW      0x3
 149         __u8 perm;
 150 #define VHOST_IOTLB_MISS           1
 151 #define VHOST_IOTLB_UPDATE         2
 152 #define VHOST_IOTLB_INVALIDATE     3
 153 #define VHOST_IOTLB_ACCESS_FAIL    4
 154         __u8 type;
 155 };
 156
 157 #define VHOST_IOTLB_MSG 0x1
 158
 159 struct vhost_msg {
 160         int type;
 161         union {
 162                 struct vhost_iotlb_msg iotlb;
 163                 __u8 padding[64];
 164         };
 165 };
 166 #endif
 167
 168 /*
 169  * Define virtio 1.0 for older kernels
 170  */
 171 #ifndef VIRTIO_F_VERSION_1
 172  #define VIRTIO_F_VERSION_1 32
 173 #endif
 174
 175 #define VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES  30
 176
 177 /* Features supported by this builtin vhost-user net driver. */
 178 #define VIRTIO_NET_SUPPORTED_FEATURES ((1ULL << VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF) | \
 179                                 (1ULL << VIRTIO_F_ANY_LAYOUT) | \
 180                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_CTRL_VQ) | \
 181                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_CTRL_RX) | \
 182                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE) | \
 183                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_MQ)      | \
 184                                 (1ULL << VIRTIO_F_VERSION_1)   | \
 185                                 (1ULL << VHOST_F_LOG_ALL)      | \
 186                                 (1ULL << VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES) | \
 187                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GSO) | \
 188                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4) | \
 189                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6) | \
 190                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_UFO) | \
 191                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_ECN) | \
 192                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_CSUM)    | \
 193                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM) | \
 194                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4) | \
 195                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6) | \
 196                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO) | \
 197                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN) | \
 198                                 (1ULL << VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC) | \
 199                                 (1ULL << VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX) | \
 200                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_MTU) | \
 201                                 (1ULL << VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM))
 202
 203
 204 struct guest_page {
 205         uint64_t guest_phys_addr;
 206         uint64_t host_phys_addr;
 207         uint64_t size;
 208 };
 209
 210 /**
 211  * Device structure contains all configuration information relating
 212  * to the device.
 213  */
 214 struct virtio_net {
 215         /* Frontend (QEMU) memory and memory region information */
 216         struct rte_vhost_memory *mem;
 217         uint64_t                features;
 218         uint64_t                protocol_features;
 219         int                     vid;
 220         uint32_t                flags;
 221         uint16_t                vhost_hlen;
 222         /* to tell if we need broadcast rarp packet */
 223         rte_atomic16_t          broadcast_rarp;
 224         uint32_t                nr_vring;
 225         int                     dequeue_zero_copy;
 226         struct vhost_virtqueue  *virtqueue[VHOST_MAX_QUEUE_PAIRS * 2];
 227 #define IF_NAME_SZ (PATH_MAX > IFNAMSIZ ? PATH_MAX : IFNAMSIZ)
 228         char                    ifname[IF_NAME_SZ];
 229         uint64_t                log_size;
 230         uint64_t                log_base;
 231         uint64_t                log_addr;
 232         struct ether_addr       mac;
 233         uint16_t                mtu;
 234
 235         struct vhost_device_ops const *notify_ops;
 236
 237         uint32_t                nr_guest_pages;
 238         uint32_t                max_guest_pages;
 239         struct guest_page       *guest_pages;
 240
 241         int                     slave_req_fd;
 242 } __rte_cache_aligned;
 243
 244
 245 #define VHOST_LOG_PAGE  4096
 246
 247 /*
 248  * Atomically set a bit in memory.
 249  */
 250 static __rte_always_inline void
 251 vhost_set_bit(unsigned int nr, volatile uint8_t *addr)
 252 {
 253         __sync_fetch_and_or_8(addr, (1U << nr));
 254 }
 255
 256 static __rte_always_inline void
 257 vhost_log_page(uint8_t *log_base, uint64_t page)
 258 {
 259         vhost_set_bit(page % 8, &log_base[page / 8]);
 260 }
 261
 262 static __rte_always_inline void
 263 vhost_log_write(struct virtio_net *dev, uint64_t addr, uint64_t len)
 264 {
 265         uint64_t page;
 266
 267         if (likely(((dev->features & (1ULL << VHOST_F_LOG_ALL)) == 0) ||
 268                    !dev->log_base || !len))
 269                 return;
 270
 271         if (unlikely(dev->log_size <= ((addr + len - 1) / VHOST_LOG_PAGE / 8)))
 272                 return;
 273
 274         /* To make sure guest memory updates are committed before logging */
 275         rte_smp_wmb();
 276
 277         page = addr / VHOST_LOG_PAGE;
 278         while (page * VHOST_LOG_PAGE < addr + len) {
 279                 vhost_log_page((uint8_t *)(uintptr_t)dev->log_base, page);
 280                 page += 1;
 281         }
 282 }
 283
 284 static __rte_always_inline void
 285 vhost_log_used_vring(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq,
 286                      uint64_t offset, uint64_t len)
 287 {
 288         vhost_log_write(dev, vq->log_guest_addr + offset, len);
 289 }
 290
 291 /* Macros for printing using RTE_LOG */
 292 #define RTE_LOGTYPE_VHOST_CONFIG RTE_LOGTYPE_USER1
 293 #define RTE_LOGTYPE_VHOST_DATA   RTE_LOGTYPE_USER1
 294
 295 #ifdef RTE_LIBRTE_VHOST_DEBUG
 296 #define VHOST_MAX_PRINT_BUFF 6072
 297 #define LOG_LEVEL RTE_LOG_DEBUG
 298 #define LOG_DEBUG(log_type, fmt, args...) RTE_LOG(DEBUG, log_type, fmt, ##args)
 299 #define PRINT_PACKET(device, addr, size, header) do { \
 300         char *pkt_addr = (char *)(addr); \
 301         unsigned int index; \
 302         char packet[VHOST_MAX_PRINT_BUFF]; \
 303         \
 304         if ((header)) \
 305                 snprintf(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF, "(%d) Header size %d: ", (device->vid), (size)); \
 306         else \
 307                 snprintf(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF, "(%d) Packet size %d: ", (device->vid), (size)); \
 308         for (index = 0; index < (size); index++) { \
 309                 snprintf(packet + strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), VHOST_MAX_PRINT_BUFF - strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), \
 310                         "%02hhx ", pkt_addr[index]); \
 311         } \
 312         snprintf(packet + strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), VHOST_MAX_PRINT_BUFF - strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), "\n"); \
 313         \
 314         LOG_DEBUG(VHOST_DATA, "%s", packet); \
 315 } while (0)
 316 #else
 317 #define LOG_LEVEL RTE_LOG_INFO
 318 #define LOG_DEBUG(log_type, fmt, args...) do {} while (0)
 319 #define PRINT_PACKET(device, addr, size, header) do {} while (0)
 320 #endif
 321
 322 extern uint64_t VHOST_FEATURES;
 323 #define MAX_VHOST_DEVICE        1024
 324 extern struct virtio_net *vhost_devices[MAX_VHOST_DEVICE];
 325
 326 /* Convert guest physical address to host physical address */
 327 static __rte_always_inline rte_iova_t
 328 gpa_to_hpa(struct virtio_net *dev, uint64_t gpa, uint64_t size)
 329 {
 330         uint32_t i;
 331         struct guest_page *page;
 332
 333         for (i = 0; i < dev->nr_guest_pages; i++) {
 334                 page = &dev->guest_pages[i];
 335
 336                 if (gpa >= page->guest_phys_addr &&
 337                     gpa + size < page->guest_phys_addr + page->size) {
 338                         return gpa - page->guest_phys_addr +
 339                                page->host_phys_addr;
 340                 }
 341         }
 342
 343         return 0;
 344 }
 345
 346 struct virtio_net *get_device(int vid);
 347
 348 int vhost_new_device(void);
 349 void cleanup_device(struct virtio_net *dev, int destroy);
 350 void reset_device(struct virtio_net *dev);
 351 void vhost_destroy_device(int);
 352
 353 void cleanup_vq(struct vhost_virtqueue *vq, int destroy);
 354 void free_vq(struct vhost_virtqueue *vq);
 355
 356 int alloc_vring_queue(struct virtio_net *dev, uint32_t vring_idx);
 357
 358 void vhost_set_ifname(int, const char *if_name, unsigned int if_len);
 359 void vhost_enable_dequeue_zero_copy(int vid);
 360
 361 struct vhost_device_ops const *vhost_driver_callback_get(const char *path);
 362
 363 /*
 364  * Backend-specific cleanup.
 365  *
 366  * TODO: fix it; we have one backend now
 367  */
 368 void vhost_backend_cleanup(struct virtio_net *dev);
 369
 370 uint64_t __vhost_iova_to_vva(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq,
 371                         uint64_t iova, uint64_t size, uint8_t perm);
 372 int vring_translate(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq);
 373 void vring_invalidate(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq);
 374
 375 static __rte_always_inline uint64_t
 376 vhost_iova_to_vva(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq,
 377                         uint64_t iova, uint64_t size, uint8_t perm)
 378 {
 379         if (!(dev->features & (1ULL << VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM)))
 380                 return rte_vhost_gpa_to_vva(dev->mem, iova);
 381
 382         return __vhost_iova_to_vva(dev, vq, iova, size, perm);
 383 }
 384
 385 #define vhost_used_event(vr) \
 386         (*(volatile uint16_t*)&(vr)->avail->ring[(vr)->size])
 387
 388 /*
 389  * The following is used with VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX.
 390  * Assuming a given event_idx value from the other size, if we have
 391  * just incremented index from old to new_idx, should we trigger an
 392  * event?
 393  */
 394 static __rte_always_inline int
 395 vhost_need_event(uint16_t event_idx, uint16_t new_idx, uint16_t old)
 396 {
 397         return (uint16_t)(new_idx - event_idx - 1) < (uint16_t)(new_idx - old);
 398 }
 399
 400 static __rte_always_inline void
 401 vhost_vring_call(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq)
 402 {
 403         /* Flush used->idx update before we read avail->flags. */
 404         rte_mb();
 405
 406         /* Don't kick guest if we don't reach index specified by guest. */
 407         if (dev->features & (1ULL << VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX)) {
 408                 uint16_t old = vq->signalled_used;
 409                 uint16_t new = vq->last_used_idx;
 410
 411                 LOG_DEBUG(VHOST_DATA, "%s: used_event_idx=%d, old=%d, new=%d\n",
 412                         __func__,
 413                         vhost_used_event(vq),
 414                         old, new);
 415                 if (vhost_need_event(vhost_used_event(vq), new, old)
 416                         && (vq->callfd >= 0)) {
 417                         vq->signalled_used = vq->last_used_idx;
 418                         eventfd_write(vq->callfd, (eventfd_t) 1);
 419                 }
 420         } else {
 421                 /* Kick the guest if necessary. */
 422                 if (!(vq->avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
 423                                 && (vq->callfd >= 0))
 424                         eventfd_write(vq->callfd, (eventfd_t)1);
 425         }
 426 }
 427
 428 #endif /* _VHOST_NET_CDEV_H_ */