tools/tools/netrate/pktgen/pktgen.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2008 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Sepherosa Ziehau <sepherosa@gmail.com>
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  * $DragonFly: src/tools/tools/netrate/pktgen/pktgen.c,v 1.4 2008/04/02 14:18:55 sephe Exp $
  35  */
  36
  37 #define _IP_VHL
  38
  39 #include <sys/param.h>
  40 #include <sys/conf.h>
  41 #include <sys/device.h>
  42 #include <sys/in_cksum.h>
  43 #include <sys/kernel.h>
  44 #include <sys/malloc.h>
  45 #include <sys/mbuf.h>
  46 #include <sys/proc.h>
  47 #include <sys/priv.h>
  48 #include <sys/socket.h>
  49 #include <sys/systm.h>
  50 #include <sys/serialize.h>
  51
  52 #include <net/if.h>
  53 #include <net/if_dl.h>
  54 #include <net/if_var.h>
  55 #include <net/ifq_var.h>
  56 #include <net/ethernet.h>
  57
  58 #include <netinet/in.h>
  59 #include <netinet/ip.h>
  60 #include <netinet/udp_var.h>
  61
  62 #include "pktgen.h"
  63
  64 #define CDEV_NAME       "pktg"
  65 #define CDEV_MAJOR      151
  66
  67 struct pktgen {
  68         uint32_t                pktg_flags;     /* PKTG_F_ */
  69         int                     pktg_refcnt;
  70
  71         uint64_t                pktg_tx_cnt;
  72         uint64_t                pktg_err_cnt;
  73         struct timeval          pktg_start;
  74         struct timeval          pktg_end;
  75
  76         struct callout          pktg_stop;
  77         int                     pktg_duration;
  78         int                     pktg_cpuid;
  79         void                    (*pktg_thread)(void *);
  80
  81         int                     pktg_datalen;
  82         int                     pktg_yield;
  83         struct ifnet            *pktg_ifp;
  84
  85         in_addr_t               pktg_saddr;     /* host byte order */
  86         in_addr_t               pktg_daddr;     /* host byte order */
  87         u_short                 pktg_sport;     /* host byte order */
  88         u_short                 pktg_dport;     /* host byte order */
  89
  90         int                     pktg_nsaddr;
  91         int                     pktg_ndaddr;
  92         int                     pktg_nsport;
  93         int                     pktg_ndport;
  94
  95         uint8_t                 pktg_dst_lladdr[ETHER_ADDR_LEN];
  96 };
  97
  98 #define PKTG_F_CONFIG   0x1
  99 #define PKTG_F_STOP     0x2
 100 #define PKTG_F_RUNNING  0x4
 101
 102 static int              pktgen_modevent(module_t, int, void *);
 103 static int              pktgen_config(struct pktgen *,
 104                                       const struct pktgen_conf *);
 105 static int              pktgen_start(struct pktgen *, int);
 106 static void             pktgen_thread_exit(struct pktgen *, uint64_t, uint64_t);
 107 static void             pktgen_stop_cb(void *);
 108 static void             pktgen_udp_thread(void *);
 109 static void             pktgen_udp_thread1(void *);
 110
 111 static d_open_t         pktgen_open;
 112 static d_close_t        pktgen_close;
 113 static d_ioctl_t        pktgen_ioctl;
 114
 115 static struct dev_ops   pktgen_ops = {
 116         { CDEV_NAME, CDEV_MAJOR, 0 },
 117         .d_open =       pktgen_open,
 118         .d_close =      pktgen_close,
 119         .d_ioctl =      pktgen_ioctl,
 120 };
 121
 122 static int              pktgen_refcnt;
 123
 124 MALLOC_DECLARE(M_PKTGEN);
 125 MALLOC_DEFINE(M_PKTGEN, CDEV_NAME, "Packet generator");
 126
 127 DEV_MODULE(pktgen, pktgen_modevent, NULL);
 128
 129 static int
 130 pktgen_modevent(module_t mod, int type, void *data)
 131 {
 132         int error = 0;
 133
 134         switch (type) {
 135         case MOD_LOAD:
 136                 make_dev(&pktgen_ops, 0, UID_ROOT, GID_WHEEL, 0600,
 137                     CDEV_NAME"%d", 0);
 138                 break;
 139
 140         case MOD_UNLOAD:
 141                 if (pktgen_refcnt > 0)
 142                         return EBUSY;
 143                 dev_ops_remove_all(&pktgen_ops);
 144                 break;
 145
 146         default:
 147                 error = EOPNOTSUPP;
 148                 break;
 149         }
 150         return error;
 151 }
 152
 153 static int
 154 pktgen_open(struct dev_open_args *ap)
 155 {
 156         cdev_t dev = ap->a_head.a_dev;
 157         struct pktgen *pktg;
 158         int error;
 159
 160         error = priv_check_cred(ap->a_cred, PRIV_ROOT, 0);
 161         if (error)
 162                 return error;
 163
 164         get_mplock();
 165
 166         if (dev->si_drv1 != NULL) {
 167                 rel_mplock();
 168                 return EBUSY;
 169         }
 170
 171         pktg = kmalloc(sizeof(*pktg), M_PKTGEN, M_ZERO | M_WAITOK);
 172         callout_init(&pktg->pktg_stop);
 173
 174         dev->si_drv1 = pktg;
 175         pktg->pktg_refcnt = 1;
 176
 177         pktgen_refcnt++;
 178
 179         rel_mplock();
 180         return 0;
 181 }
 182
 183 static int
 184 pktgen_close(struct dev_close_args *ap)
 185 {
 186         cdev_t dev = ap->a_head.a_dev;
 187         struct pktgen *pktg = dev->si_drv1;
 188
 189         get_mplock();
 190
 191         KKASSERT(pktg->pktg_refcnt > 0);
 192         if (--pktg->pktg_refcnt == 0)
 193                 kfree(pktg, M_PKTGEN);
 194         dev->si_drv1 = NULL;
 195
 196         KKASSERT(pktgen_refcnt > 0);
 197         pktgen_refcnt--;
 198
 199         rel_mplock();
 200         return 0;
 201 }
 202
 203 static int
 204 pktgen_ioctl(struct dev_ioctl_args *ap __unused)
 205 {
 206         cdev_t dev = ap->a_head.a_dev;
 207         caddr_t data = ap->a_data;
 208         struct pktgen *pktg = dev->si_drv1;
 209         int error;
 210
 211         get_mplock();
 212
 213         switch (ap->a_cmd) {
 214         case PKTGENSTART:
 215                 error = pktgen_start(pktg, minor(dev));
 216                 break;
 217
 218         case PKTGENSCONF:
 219                 error = pktgen_config(pktg, (const struct pktgen_conf *)data);
 220                 break;
 221
 222         default:
 223                 error = EOPNOTSUPP;
 224                 break;
 225         }
 226
 227         rel_mplock();
 228         return error;
 229 }
 230
 231 static int
 232 pktgen_config(struct pktgen *pktg, const struct pktgen_conf *conf)
 233 {
 234         const struct sockaddr_in *sin;
 235         const struct sockaddr *sa;
 236         struct ifnet *ifp;
 237         int yield, nsaddr, ndaddr, nsport, ndport, thread1;
 238
 239         if (pktg->pktg_flags & PKTG_F_RUNNING)
 240                 return EBUSY;
 241
 242         if (conf->pc_cpuid < 0 || conf->pc_cpuid >= ncpus)
 243                 return EINVAL;
 244         if (conf->pc_datalen <= 0)
 245                 return EINVAL;
 246         if (conf->pc_duration <= 0)
 247                 return EINVAL;
 248
 249         yield = conf->pc_yield;
 250         if (yield <= 0)
 251                 yield = PKTGEN_YIELD_DEFAULT;
 252
 253         if (conf->pc_nsaddr <= 0 && conf->pc_ndaddr <= 0 &&
 254             conf->pc_nsport <= 0 && conf->pc_ndport <= 0)
 255                 thread1 = 0;
 256         else
 257                 thread1 = 1;
 258
 259         nsaddr = conf->pc_nsaddr;
 260         if (nsaddr <= 0)
 261                 nsaddr = 1;
 262         ndaddr = conf->pc_ndaddr;
 263         if (ndaddr <= 0)
 264                 ndaddr = 1;
 265
 266         nsport = conf->pc_nsport;
 267         if (nsport <= 0)
 268                 nsport = 1;
 269         ndport = conf->pc_ndport;
 270         if (ndport <= 0)
 271                 ndport = 1;
 272
 273         ifp = ifunit(conf->pc_ifname);
 274         if (ifp == NULL)
 275                 return ENXIO;
 276
 277         sa = &conf->pc_dst_lladdr;
 278         if (sa->sa_family != AF_LINK)
 279                 return EPROTONOSUPPORT;
 280         if (sa->sa_len != ETHER_ADDR_LEN)
 281                 return EPROTONOSUPPORT;
 282         if (ETHER_IS_MULTICAST(sa->sa_data) ||
 283             bcmp(sa->sa_data, ifp->if_broadcastaddr, ifp->if_addrlen) == 0)
 284                 return EADDRNOTAVAIL;
 285
 286         sin = &conf->pc_src;
 287         if (sin->sin_family != AF_INET)
 288                 return EPROTONOSUPPORT;
 289         if (sin->sin_port == 0)
 290                 return EINVAL;
 291
 292         sin = &conf->pc_dst;
 293         if (sin->sin_family != AF_INET)
 294                 return EPROTONOSUPPORT;
 295         if (sin->sin_port == 0)
 296                 return EINVAL;
 297
 298         /* Accept the config */
 299         pktg->pktg_flags |= PKTG_F_CONFIG;
 300         pktg->pktg_refcnt++;
 301         pktgen_refcnt++;
 302
 303         pktg->pktg_duration = conf->pc_duration;
 304         pktg->pktg_cpuid = conf->pc_cpuid;
 305         pktg->pktg_ifp = ifp;
 306         pktg->pktg_datalen = conf->pc_datalen;
 307         pktg->pktg_yield = yield;
 308         bcopy(sa->sa_data, pktg->pktg_dst_lladdr, ETHER_ADDR_LEN);
 309
 310         pktg->pktg_saddr = ntohl(conf->pc_src.sin_addr.s_addr);
 311         pktg->pktg_daddr = ntohl(conf->pc_dst.sin_addr.s_addr);
 312         pktg->pktg_nsaddr = nsaddr;
 313         pktg->pktg_ndaddr = ndaddr;
 314
 315         pktg->pktg_sport = ntohs(conf->pc_src.sin_port);
 316         pktg->pktg_dport = ntohs(conf->pc_dst.sin_port);
 317         pktg->pktg_nsport = nsport;
 318         pktg->pktg_ndport = ndport;
 319
 320         pktg->pktg_thread = thread1 ? pktgen_udp_thread1 : pktgen_udp_thread;
 321
 322         return 0;
 323 }
 324
 325 static int
 326 pktgen_start(struct pktgen *pktg, int m)
 327 {
 328         if ((pktg->pktg_flags & PKTG_F_CONFIG) == 0)
 329                 return EINVAL;
 330         if (pktg->pktg_flags & PKTG_F_RUNNING)
 331                 return EBUSY;
 332
 333         pktg->pktg_flags |= PKTG_F_RUNNING;
 334
 335         lwkt_create(pktg->pktg_thread, pktg, NULL, NULL, 0,
 336                     pktg->pktg_cpuid, "pktgen %d", m);
 337         return 0;
 338 }
 339
 340 static void
 341 pktgen_stop_cb(void *arg)
 342 {
 343         struct pktgen *pktg = arg;
 344
 345         pktg->pktg_flags |= PKTG_F_STOP;
 346 }
 347
 348 static void
 349 pktgen_udp_thread1(void *arg)
 350 {
 351         struct pktgen *pktg = arg;
 352         struct ifnet *ifp = pktg->pktg_ifp;
 353         struct ip *ip;
 354         struct udpiphdr *ui;
 355         struct ether_header *eh;
 356         struct mbuf *m;
 357         u_short ulen, psum;
 358         int len, ip_len;
 359         int sw_csum, csum_flags;
 360         int loop, r, error;
 361         uint64_t err_cnt, cnt;
 362         in_addr_t saddr, daddr;
 363         u_short sport, dport;
 364
 365         rel_mplock();   /* Don't need MP lock */
 366
 367         callout_reset(&pktg->pktg_stop, pktg->pktg_duration * hz,
 368                       pktgen_stop_cb, pktg);
 369
 370         cnt = err_cnt = 0;
 371         r = loop = 0;
 372
 373         ip_len = pktg->pktg_datalen + sizeof(*ui);
 374         len = ip_len + ETHER_HDR_LEN;
 375
 376         psum = htons((u_short)pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udphdr)
 377                      + IPPROTO_UDP);
 378         ulen = htons(pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udphdr));
 379
 380         sw_csum = (CSUM_UDP | CSUM_IP) & ~ifp->if_hwassist;
 381         csum_flags = (CSUM_UDP | CSUM_IP) & ifp->if_hwassist;
 382
 383         saddr = pktg->pktg_saddr;
 384         daddr = pktg->pktg_daddr;
 385         sport = pktg->pktg_sport;
 386         dport = pktg->pktg_dport;
 387
 388         microtime(&pktg->pktg_start);
 389         while ((pktg->pktg_flags & PKTG_F_STOP) == 0) {
 390                 m = m_getl(len, MB_WAIT, MT_DATA, M_PKTHDR, NULL);
 391                 m->m_len = m->m_pkthdr.len = len;
 392
 393                 m_adj(m, ETHER_HDR_LEN);
 394
 395                 ui = mtod(m, struct udpiphdr *);
 396                 ui->ui_pr = IPPROTO_UDP;
 397                 ui->ui_src.s_addr = htonl(saddr);
 398                 ui->ui_dst.s_addr = htonl(daddr);
 399                 ui->ui_sport = htons(sport);
 400                 ui->ui_dport = htons(dport);
 401                 ui->ui_ulen = ulen;
 402                 ui->ui_sum = in_pseudo(ui->ui_src.s_addr,
 403                                        ui->ui_dst.s_addr, psum);
 404                 m->m_pkthdr.csum_flags = (CSUM_IP | CSUM_UDP);
 405                 m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct udphdr, uh_sum);
 406
 407                 ip = (struct ip *)ui;
 408                 ip->ip_len = ip_len;
 409                 ip->ip_ttl = 64;        /* XXX */
 410                 ip->ip_tos = 0;         /* XXX */
 411                 ip->ip_vhl = IP_VHL_BORING;
 412                 ip->ip_off = 0;
 413                 ip->ip_id = ip_newid();
 414
 415                 if (sw_csum & CSUM_DELAY_DATA)
 416                         in_delayed_cksum(m);
 417                 m->m_pkthdr.csum_flags = csum_flags;
 418
 419                 ip->ip_len = htons(ip->ip_len);
 420                 ip->ip_sum = 0;
 421                 if (sw_csum & CSUM_DELAY_IP)
 422                         ip->ip_sum = in_cksum_hdr(ip);
 423
 424                 M_PREPEND(m, ETHER_HDR_LEN, MB_WAIT);
 425                 eh = mtod(m, struct ether_header *);
 426                 bcopy(pktg->pktg_dst_lladdr, eh->ether_dhost, ETHER_ADDR_LEN);
 427                 bcopy(IF_LLADDR(ifp), eh->ether_shost, ETHER_ADDR_LEN);
 428                 eh->ether_type = htons(ETHERTYPE_IP);
 429
 430                 ifnet_serialize_tx(ifp);
 431                 error = ifq_handoff(ifp, m, NULL);
 432                 ifnet_deserialize_tx(ifp);
 433
 434                 loop++;
 435                 if (error) {
 436                         err_cnt++;
 437                         loop = 0;
 438                         lwkt_yield();
 439                 } else {
 440                         cnt++;
 441                         if (loop == pktg->pktg_yield) {
 442                                 loop = 0;
 443                                 lwkt_yield();
 444                         }
 445
 446                         r++;
 447                         saddr = pktg->pktg_saddr + (r % pktg->pktg_nsaddr);
 448                         daddr = pktg->pktg_daddr + (r % pktg->pktg_ndaddr);
 449                         sport = pktg->pktg_sport + (r % pktg->pktg_nsport);
 450                         dport = pktg->pktg_dport + (r % pktg->pktg_ndport);
 451                 }
 452         }
 453         microtime(&pktg->pktg_end);
 454
 455         pktgen_thread_exit(pktg, cnt, err_cnt);
 456 }
 457
 458 static void
 459 pktgen_udp_thread(void *arg)
 460 {
 461         struct pktgen *pktg = arg;
 462         struct ifnet *ifp = pktg->pktg_ifp;
 463         struct ip *ip;
 464         struct udpiphdr *ui;
 465         struct ether_header *eh;
 466         struct mbuf *m;
 467         u_short ulen, sum;
 468         int len, ip_len;
 469         int sw_csum, csum_flags;
 470         int loop, error;
 471         uint64_t err_cnt, cnt;
 472         in_addr_t saddr, daddr;
 473         u_short sport, dport;
 474
 475         rel_mplock();   /* Don't need MP lock */
 476
 477         callout_reset(&pktg->pktg_stop, pktg->pktg_duration * hz,
 478                       pktgen_stop_cb, pktg);
 479
 480         cnt = err_cnt = 0;
 481         loop = 0;
 482
 483         ip_len = pktg->pktg_datalen + sizeof(*ui);
 484         len = ip_len + ETHER_HDR_LEN;
 485
 486         saddr = htonl(pktg->pktg_saddr);
 487         daddr = htonl(pktg->pktg_daddr);
 488         sport = htons(pktg->pktg_sport);
 489         dport = htons(pktg->pktg_dport);
 490
 491         sum = in_pseudo(saddr, daddr,
 492                 htons((u_short)pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udphdr)
 493                 + IPPROTO_UDP));
 494         ulen = htons(pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udphdr));
 495
 496         sw_csum = (CSUM_UDP | CSUM_IP) & ~ifp->if_hwassist;
 497         csum_flags = (CSUM_UDP | CSUM_IP) & ifp->if_hwassist;
 498
 499         microtime(&pktg->pktg_start);
 500         while ((pktg->pktg_flags & PKTG_F_STOP) == 0) {
 501                 m = m_getl(len, MB_WAIT, MT_DATA, M_PKTHDR, NULL);
 502                 m->m_len = m->m_pkthdr.len = len;
 503
 504                 m_adj(m, ETHER_HDR_LEN);
 505
 506                 ui = mtod(m, struct udpiphdr *);
 507                 ui->ui_pr = IPPROTO_UDP;
 508                 ui->ui_src.s_addr = saddr;
 509                 ui->ui_dst.s_addr = daddr;
 510                 ui->ui_sport = sport;
 511                 ui->ui_dport = dport;
 512                 ui->ui_ulen = ulen;
 513                 ui->ui_sum = sum;
 514                 m->m_pkthdr.csum_flags = (CSUM_IP | CSUM_UDP);
 515                 m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct udphdr, uh_sum);
 516
 517                 ip = (struct ip *)ui;
 518                 ip->ip_len = ip_len;
 519                 ip->ip_ttl = 64;        /* XXX */
 520                 ip->ip_tos = 0;         /* XXX */
 521                 ip->ip_vhl = IP_VHL_BORING;
 522                 ip->ip_off = 0;
 523                 ip->ip_id = ip_newid();
 524
 525                 if (sw_csum & CSUM_DELAY_DATA)
 526                         in_delayed_cksum(m);
 527                 m->m_pkthdr.csum_flags = csum_flags;
 528
 529                 ip->ip_len = htons(ip->ip_len);
 530                 ip->ip_sum = 0;
 531                 if (sw_csum & CSUM_DELAY_IP)
 532                         ip->ip_sum = in_cksum_hdr(ip);
 533
 534                 M_PREPEND(m, ETHER_HDR_LEN, MB_WAIT);
 535                 eh = mtod(m, struct ether_header *);
 536                 bcopy(pktg->pktg_dst_lladdr, eh->ether_dhost, ETHER_ADDR_LEN);
 537                 bcopy(IF_LLADDR(ifp), eh->ether_shost, ETHER_ADDR_LEN);
 538                 eh->ether_type = htons(ETHERTYPE_IP);
 539
 540                 ifnet_serialize_tx(ifp);
 541                 error = ifq_handoff(ifp, m, NULL);
 542                 ifnet_deserialize_tx(ifp);
 543
 544                 loop++;
 545                 if (error) {
 546                         err_cnt++;
 547                         loop = 0;
 548                         lwkt_yield();
 549                 } else {
 550                         cnt++;
 551                         if (loop == pktg->pktg_yield) {
 552                                 loop = 0;
 553                                 lwkt_yield();
 554                         }
 555                 }
 556         }
 557         microtime(&pktg->pktg_end);
 558
 559         pktgen_thread_exit(pktg, cnt, err_cnt);
 560 }
 561
 562 static void
 563 pktgen_thread_exit(struct pktgen *pktg, uint64_t tx_cnt, uint64_t err_cnt)
 564 {
 565         struct timeval end;
 566
 567         pktg->pktg_tx_cnt = tx_cnt;
 568         pktg->pktg_err_cnt = err_cnt;
 569
 570         end = pktg->pktg_end;
 571         timevalsub(&end, &pktg->pktg_start);
 572         kprintf("cnt %llu, err %llu, time %ld.%06ld\n",
 573                 pktg->pktg_tx_cnt, pktg->pktg_err_cnt, end.tv_sec, end.tv_usec);
 574
 575         pktg->pktg_flags &= ~(PKTG_F_STOP | PKTG_F_CONFIG | PKTG_F_RUNNING);
 576
 577         KKASSERT(pktg->pktg_refcnt > 0);
 578         if (--pktg->pktg_refcnt == 0)
 579                 kfree(pktg, M_PKTGEN);  /* XXX */
 580
 581         KKASSERT(pktgen_refcnt > 0);
 582         pktgen_refcnt--;
 583
 584         lwkt_exit();
 585 }