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 /* Used to indicate that the built-in vhost net device backend is enabled */
  28 #define VIRTIO_DEV_BUILTIN_VIRTIO_NET 4
  29
  30 /* Backend value set by guest. */
  31 #define VIRTIO_DEV_STOPPED -1
  32
  33 #define BUF_VECTOR_MAX 256
  34
  35 /**
  36  * Structure contains buffer address, length and descriptor index
  37  * from vring to do scatter RX.
  38  */
  39 struct buf_vector {
  40         uint64_t buf_addr;
  41         uint32_t buf_len;
  42         uint32_t desc_idx;
  43 };
  44
  45 /*
  46  * A structure to hold some fields needed in zero copy code path,
  47  * mainly for associating an mbuf with the right desc_idx.
  48  */
  49 struct zcopy_mbuf {
  50         struct rte_mbuf *mbuf;
  51         uint32_t desc_idx;
  52         uint16_t in_use;
  53
  54         TAILQ_ENTRY(zcopy_mbuf) next;
  55 };
  56 TAILQ_HEAD(zcopy_mbuf_list, zcopy_mbuf);
  57
  58 /*
  59  * Structure contains the info for each batched memory copy.
  60  */
  61 struct batch_copy_elem {
  62         void *dst;
  63         void *src;
  64         uint32_t len;
  65         uint64_t log_addr;
  66 };
  67
  68 /**
  69  * Structure contains variables relevant to RX/TX virtqueues.
  70  */
  71 struct vhost_virtqueue {
  72         struct vring_desc       *desc;
  73         struct vring_avail      *avail;
  74         struct vring_used       *used;
  75         uint32_t                size;
  76
  77         uint16_t                last_avail_idx;
  78         uint16_t                last_used_idx;
  79         /* Last used index we notify to front end. */
  80         uint16_t                signalled_used;
  81 #define VIRTIO_INVALID_EVENTFD          (-1)
  82 #define VIRTIO_UNINITIALIZED_EVENTFD    (-2)
  83
  84         /* Backend value to determine if device should started/stopped */
  85         int                     backend;
  86         int                     enabled;
  87         int                     access_ok;
  88         rte_spinlock_t          access_lock;
  89
  90         /* Used to notify the guest (trigger interrupt) */
  91         int                     callfd;
  92         /* Currently unused as polling mode is enabled */
  93         int                     kickfd;
  94
  95         /* Physical address of used ring, for logging */
  96         uint64_t                log_guest_addr;
  97
  98         uint16_t                nr_zmbuf;
  99         uint16_t                zmbuf_size;
 100         uint16_t                last_zmbuf_idx;
 101         struct zcopy_mbuf       *zmbufs;
 102         struct zcopy_mbuf_list  zmbuf_list;
 103
 104         struct vring_used_elem  *shadow_used_ring;
 105         uint16_t                shadow_used_idx;
 106         struct vhost_vring_addr ring_addrs;
 107
 108         struct batch_copy_elem  *batch_copy_elems;
 109         uint16_t                batch_copy_nb_elems;
 110
 111         rte_rwlock_t    iotlb_lock;
 112         rte_rwlock_t    iotlb_pending_lock;
 113         struct rte_mempool *iotlb_pool;
 114         TAILQ_HEAD(, vhost_iotlb_entry) iotlb_list;
 115         int                             iotlb_cache_nr;
 116         TAILQ_HEAD(, vhost_iotlb_entry) iotlb_pending_list;
 117 } __rte_cache_aligned;
 118
 119 /* Old kernels have no such macros defined */
 120 #ifndef VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE
 121  #define VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE 21
 122 #endif
 123
 124 #ifndef VIRTIO_NET_F_MQ
 125  #define VIRTIO_NET_F_MQ                22
 126 #endif
 127
 128 #define VHOST_MAX_VRING                 0x100
 129 #define VHOST_MAX_QUEUE_PAIRS           0x80
 130
 131 #ifndef VIRTIO_NET_F_MTU
 132  #define VIRTIO_NET_F_MTU 3
 133 #endif
 134
 135 #ifndef VIRTIO_F_ANY_LAYOUT
 136  #define VIRTIO_F_ANY_LAYOUT            27
 137 #endif
 138
 139 /* Declare IOMMU related bits for older kernels */
 140 #ifndef VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM
 141
 142 #define VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM 33
 143
 144 struct vhost_iotlb_msg {
 145         __u64 iova;
 146         __u64 size;
 147         __u64 uaddr;
 148 #define VHOST_ACCESS_RO      0x1
 149 #define VHOST_ACCESS_WO      0x2
 150 #define VHOST_ACCESS_RW      0x3
 151         __u8 perm;
 152 #define VHOST_IOTLB_MISS           1
 153 #define VHOST_IOTLB_UPDATE         2
 154 #define VHOST_IOTLB_INVALIDATE     3
 155 #define VHOST_IOTLB_ACCESS_FAIL    4
 156         __u8 type;
 157 };
 158
 159 #define VHOST_IOTLB_MSG 0x1
 160
 161 struct vhost_msg {
 162         int type;
 163         union {
 164                 struct vhost_iotlb_msg iotlb;
 165                 __u8 padding[64];
 166         };
 167 };
 168 #endif
 169
 170 /*
 171  * Define virtio 1.0 for older kernels
 172  */
 173 #ifndef VIRTIO_F_VERSION_1
 174  #define VIRTIO_F_VERSION_1 32
 175 #endif
 176
 177 #define VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES  30
 178
 179 /* Features supported by this builtin vhost-user net driver. */
 180 #define VIRTIO_NET_SUPPORTED_FEATURES ((1ULL << VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF) | \
 181                                 (1ULL << VIRTIO_F_ANY_LAYOUT) | \
 182                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_CTRL_VQ) | \
 183                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_CTRL_RX) | \
 184                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE) | \
 185                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_MQ)      | \
 186                                 (1ULL << VIRTIO_F_VERSION_1)   | \
 187                                 (1ULL << VHOST_F_LOG_ALL)      | \
 188                                 (1ULL << VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES) | \
 189                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GSO) | \
 190                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4) | \
 191                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6) | \
 192                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_UFO) | \
 193                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_HOST_ECN) | \
 194                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_CSUM)    | \
 195                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM) | \
 196                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4) | \
 197                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6) | \
 198                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO) | \
 199                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN) | \
 200                                 (1ULL << VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC) | \
 201                                 (1ULL << VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX) | \
 202                                 (1ULL << VIRTIO_NET_F_MTU) | \
 203                                 (1ULL << VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM))
 204
 205
 206 struct guest_page {
 207         uint64_t guest_phys_addr;
 208         uint64_t host_phys_addr;
 209         uint64_t size;
 210 };
 211
 212 /**
 213  * Device structure contains all configuration information relating
 214  * to the device.
 215  */
 216 struct virtio_net {
 217         /* Frontend (QEMU) memory and memory region information */
 218         struct rte_vhost_memory *mem;
 219         uint64_t                features;
 220         uint64_t                protocol_features;
 221         int                     vid;
 222         uint32_t                flags;
 223         uint16_t                vhost_hlen;
 224         /* to tell if we need broadcast rarp packet */
 225         rte_atomic16_t          broadcast_rarp;
 226         uint32_t                nr_vring;
 227         int                     dequeue_zero_copy;
 228         struct vhost_virtqueue  *virtqueue[VHOST_MAX_QUEUE_PAIRS * 2];
 229 #define IF_NAME_SZ (PATH_MAX > IFNAMSIZ ? PATH_MAX : IFNAMSIZ)
 230         char                    ifname[IF_NAME_SZ];
 231         uint64_t                log_size;
 232         uint64_t                log_base;
 233         uint64_t                log_addr;
 234         struct ether_addr       mac;
 235         uint16_t                mtu;
 236
 237         struct vhost_device_ops const *notify_ops;
 238
 239         uint32_t                nr_guest_pages;
 240         uint32_t                max_guest_pages;
 241         struct guest_page       *guest_pages;
 242
 243         int                     slave_req_fd;
 244 } __rte_cache_aligned;
 245
 246
 247 #define VHOST_LOG_PAGE  4096
 248
 249 /*
 250  * Atomically set a bit in memory.
 251  */
 252 static __rte_always_inline void
 253 vhost_set_bit(unsigned int nr, volatile uint8_t *addr)
 254 {
 255         __sync_fetch_and_or_8(addr, (1U << nr));
 256 }
 257
 258 static __rte_always_inline void
 259 vhost_log_page(uint8_t *log_base, uint64_t page)
 260 {
 261         vhost_set_bit(page % 8, &log_base[page / 8]);
 262 }
 263
 264 static __rte_always_inline void
 265 vhost_log_write(struct virtio_net *dev, uint64_t addr, uint64_t len)
 266 {
 267         uint64_t page;
 268
 269         if (likely(((dev->features & (1ULL << VHOST_F_LOG_ALL)) == 0) ||
 270                    !dev->log_base || !len))
 271                 return;
 272
 273         if (unlikely(dev->log_size <= ((addr + len - 1) / VHOST_LOG_PAGE / 8)))
 274                 return;
 275
 276         /* To make sure guest memory updates are committed before logging */
 277         rte_smp_wmb();
 278
 279         page = addr / VHOST_LOG_PAGE;
 280         while (page * VHOST_LOG_PAGE < addr + len) {
 281                 vhost_log_page((uint8_t *)(uintptr_t)dev->log_base, page);
 282                 page += 1;
 283         }
 284 }
 285
 286 static __rte_always_inline void
 287 vhost_log_used_vring(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq,
 288                      uint64_t offset, uint64_t len)
 289 {
 290         vhost_log_write(dev, vq->log_guest_addr + offset, len);
 291 }
 292
 293 /* Macros for printing using RTE_LOG */
 294 #define RTE_LOGTYPE_VHOST_CONFIG RTE_LOGTYPE_USER1
 295 #define RTE_LOGTYPE_VHOST_DATA   RTE_LOGTYPE_USER1
 296
 297 #ifdef RTE_LIBRTE_VHOST_DEBUG
 298 #define VHOST_MAX_PRINT_BUFF 6072
 299 #define LOG_LEVEL RTE_LOG_DEBUG
 300 #define LOG_DEBUG(log_type, fmt, args...) RTE_LOG(DEBUG, log_type, fmt, ##args)
 301 #define PRINT_PACKET(device, addr, size, header) do { \
 302         char *pkt_addr = (char *)(addr); \
 303         unsigned int index; \
 304         char packet[VHOST_MAX_PRINT_BUFF]; \
 305         \
 306         if ((header)) \
 307                 snprintf(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF, "(%d) Header size %d: ", (device->vid), (size)); \
 308         else \
 309                 snprintf(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF, "(%d) Packet size %d: ", (device->vid), (size)); \
 310         for (index = 0; index < (size); index++) { \
 311                 snprintf(packet + strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), VHOST_MAX_PRINT_BUFF - strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), \
 312                         "%02hhx ", pkt_addr[index]); \
 313         } \
 314         snprintf(packet + strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), VHOST_MAX_PRINT_BUFF - strnlen(packet, VHOST_MAX_PRINT_BUFF), "\n"); \
 315         \
 316         LOG_DEBUG(VHOST_DATA, "%s", packet); \
 317 } while (0)
 318 #else
 319 #define LOG_LEVEL RTE_LOG_INFO
 320 #define LOG_DEBUG(log_type, fmt, args...) do {} while (0)
 321 #define PRINT_PACKET(device, addr, size, header) do {} while (0)
 322 #endif
 323
 324 extern uint64_t VHOST_FEATURES;
 325 #define MAX_VHOST_DEVICE        1024
 326 extern struct virtio_net *vhost_devices[MAX_VHOST_DEVICE];
 327
 328 /* Convert guest physical address to host physical address */
 329 static __rte_always_inline rte_iova_t
 330 gpa_to_hpa(struct virtio_net *dev, uint64_t gpa, uint64_t size)
 331 {
 332         uint32_t i;
 333         struct guest_page *page;
 334
 335         for (i = 0; i < dev->nr_guest_pages; i++) {
 336                 page = &dev->guest_pages[i];
 337
 338                 if (gpa >= page->guest_phys_addr &&
 339                     gpa + size < page->guest_phys_addr + page->size) {
 340                         return gpa - page->guest_phys_addr +
 341                                page->host_phys_addr;
 342                 }
 343         }
 344
 345         return 0;
 346 }
 347
 348 struct virtio_net *get_device(int vid);
 349
 350 int vhost_new_device(void);
 351 void cleanup_device(struct virtio_net *dev, int destroy);
 352 void reset_device(struct virtio_net *dev);
 353 void vhost_destroy_device(int);
 354
 355 void cleanup_vq(struct vhost_virtqueue *vq, int destroy);
 356 void free_vq(struct vhost_virtqueue *vq);
 357
 358 int alloc_vring_queue(struct virtio_net *dev, uint32_t vring_idx);
 359
 360 void vhost_set_ifname(int, const char *if_name, unsigned int if_len);
 361 void vhost_enable_dequeue_zero_copy(int vid);
 362 void vhost_set_builtin_virtio_net(int vid, bool enable);
 363
 364 struct vhost_device_ops const *vhost_driver_callback_get(const char *path);
 365
 366 /*
 367  * Backend-specific cleanup.
 368  *
 369  * TODO: fix it; we have one backend now
 370  */
 371 void vhost_backend_cleanup(struct virtio_net *dev);
 372
 373 uint64_t __vhost_iova_to_vva(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq,
 374                         uint64_t iova, uint64_t size, uint8_t perm);
 375 int vring_translate(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq);
 376 void vring_invalidate(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq);
 377
 378 static __rte_always_inline uint64_t
 379 vhost_iova_to_vva(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq,
 380                         uint64_t iova, uint64_t size, uint8_t perm)
 381 {
 382         if (!(dev->features & (1ULL << VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM)))
 383                 return rte_vhost_gpa_to_vva(dev->mem, iova);
 384
 385         return __vhost_iova_to_vva(dev, vq, iova, size, perm);
 386 }
 387
 388 #define vhost_used_event(vr) \
 389         (*(volatile uint16_t*)&(vr)->avail->ring[(vr)->size])
 390
 391 /*
 392  * The following is used with VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX.
 393  * Assuming a given event_idx value from the other size, if we have
 394  * just incremented index from old to new_idx, should we trigger an
 395  * event?
 396  */
 397 static __rte_always_inline int
 398 vhost_need_event(uint16_t event_idx, uint16_t new_idx, uint16_t old)
 399 {
 400         return (uint16_t)(new_idx - event_idx - 1) < (uint16_t)(new_idx - old);
 401 }
 402
 403 static __rte_always_inline void
 404 vhost_vring_call(struct virtio_net *dev, struct vhost_virtqueue *vq)
 405 {
 406         /* Flush used->idx update before we read avail->flags. */
 407         rte_mb();
 408
 409         /* Don't kick guest if we don't reach index specified by guest. */
 410         if (dev->features & (1ULL << VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX)) {
 411                 uint16_t old = vq->signalled_used;
 412                 uint16_t new = vq->last_used_idx;
 413
 414                 LOG_DEBUG(VHOST_DATA, "%s: used_event_idx=%d, old=%d, new=%d\n",
 415                         __func__,
 416                         vhost_used_event(vq),
 417                         old, new);
 418                 if (vhost_need_event(vhost_used_event(vq), new, old)
 419                         && (vq->callfd >= 0)) {
 420                         vq->signalled_used = vq->last_used_idx;
 421                         eventfd_write(vq->callfd, (eventfd_t) 1);
 422                 }
 423         } else {
 424                 /* Kick the guest if necessary. */
 425                 if (!(vq->avail->flags & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)
 426                                 && (vq->callfd >= 0))
 427                         eventfd_write(vq->callfd, (eventfd_t)1);
 428         }
 429 }
 430
 431 #endif /* _VHOST_NET_CDEV_H_ */