vkernel - enhance the pidfile option and fix memimg file scanning
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel / platform / init.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2006 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * 
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.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/sys/platform/vkernel/platform/init.c,v 1.56 2008/05/27 07:48:00 dillon Exp $
35  */
36
37 #include <sys/types.h>
38 #include <sys/systm.h>
39 #include <sys/kernel.h>
40 #include <sys/stat.h>
41 #include <sys/mman.h>
42 #include <sys/cons.h>
43 #include <sys/random.h>
44 #include <sys/vkernel.h>
45 #include <sys/tls.h>
46 #include <sys/reboot.h>
47 #include <sys/proc.h>
48 #include <sys/msgbuf.h>
49 #include <sys/vmspace.h>
50 #include <sys/socket.h>
51 #include <sys/sockio.h>
52 #include <sys/sysctl.h>
53 #include <sys/un.h>
54 #include <vm/vm_page.h>
55 #include <sys/mplock2.h>
56
57 #include <machine/cpu.h>
58 #include <machine/globaldata.h>
59 #include <machine/tls.h>
60 #include <machine/md_var.h>
61 #include <machine/vmparam.h>
62 #include <cpu/specialreg.h>
63
64 #include <net/if.h>
65 #include <net/if_arp.h>
66 #include <net/ethernet.h>
67 #include <net/bridge/if_bridgevar.h>
68 #include <netinet/in.h>
69 #include <arpa/inet.h>
70
71 #include <stdio.h>
72 #include <stdlib.h>
73 #include <stdarg.h>
74 #include <stdbool.h>
75 #include <unistd.h>
76 #include <fcntl.h>
77 #include <string.h>
78 #include <err.h>
79 #include <errno.h>
80 #include <assert.h>
81 #include <sysexits.h>
82
83 vm_paddr_t phys_avail[16];
84 vm_paddr_t Maxmem;
85 vm_paddr_t Maxmem_bytes;
86 long physmem;
87 int MemImageFd = -1;
88 struct vkdisk_info DiskInfo[VKDISK_MAX];
89 int DiskNum;
90 struct vknetif_info NetifInfo[VKNETIF_MAX];
91 int NetifNum;
92 char *pid_file;
93 vm_offset_t KvaStart;
94 vm_offset_t KvaEnd;
95 vm_offset_t KvaSize;
96 vm_offset_t virtual_start;
97 vm_offset_t virtual_end;
98 vm_offset_t virtual2_start;
99 vm_offset_t virtual2_end;
100 vm_offset_t kernel_vm_end;
101 vm_offset_t crashdumpmap;
102 vm_offset_t clean_sva;
103 vm_offset_t clean_eva;
104 struct msgbuf *msgbufp;
105 caddr_t ptvmmap;
106 vpte_t  *KernelPTD;
107 vpte_t  *KernelPTA;     /* Warning: Offset for direct VA translation */
108 u_int cpu_feature;      /* XXX */
109 int tsc_present;
110 int64_t tsc_frequency;
111 int optcpus;            /* number of cpus - see mp_start() */
112 int lwp_cpu_lock;       /* if/how to lock virtual CPUs to real CPUs */
113 int real_ncpus;         /* number of real CPUs */
114 int next_cpu;           /* next real CPU to lock a virtual CPU to */
115
116 int via_feature_xcrypt = 0;     /* XXX */
117 int via_feature_rng = 0;        /* XXX */
118
119 struct privatespace *CPU_prvspace;
120
121 static struct trapframe proc0_tf;
122 static void *proc0paddr;
123
124 static void init_sys_memory(char *imageFile);
125 static void init_kern_memory(void);
126 static void init_globaldata(void);
127 static void init_vkernel(void);
128 static void init_disk(char *diskExp[], int diskFileNum, enum vkdisk_type type); 
129 static void init_netif(char *netifExp[], int netifFileNum);
130 static void writepid(void);
131 static void cleanpid(void);
132 static int unix_connect(const char *path);
133 static void usage_err(const char *ctl, ...);
134 static void usage_help(_Bool);
135
136 static int save_ac;
137 static char **save_av;
138
139 /*
140  * Kernel startup for virtual kernels - standard main() 
141  */
142 int
143 main(int ac, char **av)
144 {
145         char *memImageFile = NULL;
146         char *netifFile[VKNETIF_MAX];
147         char *diskFile[VKDISK_MAX];
148         char *cdFile[VKDISK_MAX];
149         char *suffix;
150         char *endp;
151         int netifFileNum = 0;
152         int diskFileNum = 0;
153         int cdFileNum = 0;
154         int bootOnDisk = -1;    /* set below to vcd (0) or vkd (1) */
155         int c;
156         int i;
157         int j;
158         int n;
159         int isq;
160         int real_vkernel_enable;
161         int supports_sse;
162         size_t vsize;
163         
164         save_ac = ac;
165         save_av = av;
166
167         /*
168          * Process options
169          */
170         kernel_mem_readonly = 1;
171 #ifdef SMP
172         optcpus = 2;
173 #endif
174         lwp_cpu_lock = LCL_NONE;
175
176         real_vkernel_enable = 0;
177         vsize = sizeof(real_vkernel_enable);
178         sysctlbyname("vm.vkernel_enable", &real_vkernel_enable, &vsize, NULL,0);
179         
180         if (real_vkernel_enable == 0) {
181                 errx(1, "vm.vkernel_enable is 0, must be set "
182                         "to 1 to execute a vkernel!");
183         }
184
185         real_ncpus = 1;
186         vsize = sizeof(real_ncpus);
187         sysctlbyname("hw.ncpu", &real_ncpus, &vsize, NULL, 0);
188
189         if (ac < 2)
190                 usage_help(false);
191
192         while ((c = getopt(ac, av, "c:hsvl:m:n:r:e:i:p:I:U")) != -1) {
193                 switch(c) {
194                 case 'e':
195                         /*
196                          * name=value:name=value:name=value...
197                          * name="value"...
198                          *
199                          * Allow values to be quoted but note that shells
200                          * may remove the quotes, so using this feature
201                          * to embed colons may require a backslash.
202                          */
203                         n = strlen(optarg);
204                         isq = 0;
205                         kern_envp = malloc(n + 2);
206                         for (i = j = 0; i < n; ++i) {
207                                 if (optarg[i] == '"')
208                                         isq ^= 1;
209                                 else if (optarg[i] == '\'')
210                                         isq ^= 2;
211                                 else if (isq == 0 && optarg[i] == ':')
212                                         kern_envp[j++] = 0;
213                                 else
214                                         kern_envp[j++] = optarg[i];
215                         }
216                         kern_envp[j++] = 0;
217                         kern_envp[j++] = 0;
218                         break;
219                 case 's':
220                         boothowto |= RB_SINGLE;
221                         break;
222                 case 'v':
223                         bootverbose = 1;
224                         break;
225                 case 'i':
226                         memImageFile = optarg;
227                         break;
228                 case 'I':
229                         if (netifFileNum < VKNETIF_MAX)
230                                 netifFile[netifFileNum++] = strdup(optarg);
231                         break;
232                 case 'r':
233                         if (bootOnDisk < 0)
234                                 bootOnDisk = 1;
235                         if (diskFileNum + cdFileNum < VKDISK_MAX)
236                                 diskFile[diskFileNum++] = strdup(optarg);
237                         break;
238                 case 'c':
239                         if (bootOnDisk < 0)
240                                 bootOnDisk = 0;
241                         if (diskFileNum + cdFileNum < VKDISK_MAX)
242                                 cdFile[cdFileNum++] = strdup(optarg);
243                         break;
244                 case 'm':
245                         Maxmem_bytes = strtoull(optarg, &suffix, 0);
246                         if (suffix) {
247                                 switch(*suffix) {
248                                 case 'g':
249                                 case 'G':
250                                         Maxmem_bytes <<= 30;
251                                         break;
252                                 case 'm':
253                                 case 'M':
254                                         Maxmem_bytes <<= 20;
255                                         break;
256                                 case 'k':
257                                 case 'K':
258                                         Maxmem_bytes <<= 10;
259                                         break;
260                                 default:
261                                         Maxmem_bytes = 0;
262                                         usage_err("Bad maxmem option");
263                                         /* NOT REACHED */
264                                         break;
265                                 }
266                         }
267                         break;
268                 case 'l':
269                         next_cpu = -1;
270                         if (strncmp("map", optarg, 3) == 0) {
271                                 lwp_cpu_lock = LCL_PER_CPU;
272                                 if (optarg[3] == ',') {
273                                         next_cpu = strtol(optarg+4, &endp, 0);
274                                         if (*endp != '\0')
275                                                 usage_err("Bad target CPU number at '%s'", endp);
276                                 } else {
277                                         next_cpu = 0;
278                                 }
279                                 if (next_cpu < 0 || next_cpu > real_ncpus - 1)
280                                         usage_err("Bad target CPU, valid range is 0-%d", real_ncpus - 1);
281                         } else if (strncmp("any", optarg, 3) == 0) {
282                                 lwp_cpu_lock = LCL_NONE;
283                         } else {
284                                 lwp_cpu_lock = LCL_SINGLE_CPU;
285                                 next_cpu = strtol(optarg, &endp, 0);
286                                 if (*endp != '\0')
287                                         usage_err("Bad target CPU number at '%s'", endp);
288                                 if (next_cpu < 0 || next_cpu > real_ncpus - 1)
289                                         usage_err("Bad target CPU, valid range is 0-%d", real_ncpus - 1);
290                         }
291                         break;
292                 case 'n':
293                         /*
294                          * This value is set up by mp_start(), don't just
295                          * set ncpus here.
296                          */
297 #ifdef SMP
298                         optcpus = strtol(optarg, NULL, 0);
299                         if (optcpus < 1 || optcpus > MAXCPU)
300                                 usage_err("Bad ncpus, valid range is 1-%d", MAXCPU);
301 #else
302                         if (strtol(optarg, NULL, 0) != 1) {
303                                 usage_err("You built a UP vkernel, only 1 cpu!");
304                         }
305 #endif
306                         
307                         break;
308                 case 'p':
309                         pid_file = optarg;      
310                         break;
311                 case 'U':
312                         kernel_mem_readonly = 0;
313                         break;
314                 case 'h':
315                         usage_help(true);
316                         break;
317                 default:
318                         usage_help(false);
319                 }
320         }
321
322         writepid();
323         cpu_disable_intr();
324         init_sys_memory(memImageFile);
325         init_kern_memory();
326         init_globaldata();
327         init_vkernel();
328         setrealcpu();
329         init_kqueue();
330
331         /*
332          * Check TSC
333          */
334         vsize = sizeof(tsc_present);
335         sysctlbyname("hw.tsc_present", &tsc_present, &vsize, NULL, 0);
336         vsize = sizeof(tsc_frequency);
337         sysctlbyname("hw.tsc_frequency", &tsc_frequency, &vsize, NULL, 0);
338         if (tsc_present)
339                 cpu_feature |= CPUID_TSC;
340
341         /*
342          * Check SSE
343          */
344         vsize = sizeof(supports_sse);
345         supports_sse = 0;
346         sysctlbyname("hw.instruction_sse", &supports_sse, &vsize, NULL, 0);
347         init_fpu(supports_sse);
348         if (supports_sse)
349                 cpu_feature |= CPUID_SSE | CPUID_FXSR;
350
351         /*
352          * We boot from the first installed disk.
353          */
354         if (bootOnDisk == 1) {
355                 init_disk(diskFile, diskFileNum, VKD_DISK);
356                 init_disk(cdFile, cdFileNum, VKD_CD);
357         } else {
358                 init_disk(cdFile, cdFileNum, VKD_CD);
359                 init_disk(diskFile, diskFileNum, VKD_DISK);
360         }
361         init_netif(netifFile, netifFileNum);
362         init_exceptions();
363         mi_startup();
364         /* NOT REACHED */
365         exit(EX_SOFTWARE);
366 }
367
368 /*
369  * Initialize system memory.  This is the virtual kernel's 'RAM'.
370  */
371 static
372 void
373 init_sys_memory(char *imageFile)
374 {
375         struct stat st;
376         int i;
377         int fd;
378
379         /*
380          * Figure out the system memory image size.  If an image file was
381          * specified and -m was not specified, use the image file's size.
382          */
383         if (imageFile && stat(imageFile, &st) == 0 && Maxmem_bytes == 0)
384                 Maxmem_bytes = (vm_paddr_t)st.st_size;
385         if ((imageFile == NULL || stat(imageFile, &st) < 0) && 
386             Maxmem_bytes == 0) {
387                 errx(1, "Cannot create new memory file %s unless "
388                        "system memory size is specified with -m",
389                        imageFile);
390                 /* NOT REACHED */
391         }
392
393         /*
394          * Maxmem must be known at this time
395          */
396         if (Maxmem_bytes < 32 * 1024 * 1024 || (Maxmem_bytes & SEG_MASK)) {
397                 errx(1, "Bad maxmem specification: 32MB minimum, "
398                        "multiples of %dMB only",
399                        SEG_SIZE / 1024 / 1024);
400                 /* NOT REACHED */
401         }
402
403         /*
404          * Generate an image file name if necessary, then open/create the
405          * file exclusively locked.  Do not allow multiple virtual kernels
406          * to use the same image file.
407          *
408          * Don't iterate through a million files if we do not have write
409          * access to the directory, stop if our open() failed on a
410          * non-existant file.  Otherwise opens can fail for any number
411          * of reasons (lock failed, file not owned or writable by us, etc).
412          */
413         if (imageFile == NULL) {
414                 for (i = 0; i < 1000000; ++i) {
415                         asprintf(&imageFile, "/var/vkernel/memimg.%06d", i);
416                         fd = open(imageFile, 
417                                   O_RDWR|O_CREAT|O_EXLOCK|O_NONBLOCK, 0644);
418                         if (fd < 0 && stat(imageFile, &st) == 0) {
419                                 free(imageFile);
420                                 continue;
421                         }
422                         break;
423                 }
424         } else {
425                 fd = open(imageFile, O_RDWR|O_CREAT|O_EXLOCK|O_NONBLOCK, 0644);
426         }
427         printf("Using memory file: %s\n", imageFile);
428         if (fd < 0 || fstat(fd, &st) < 0) {
429                 err(1, "Unable to open/create %s", imageFile);
430                 /* NOT REACHED */
431         }
432
433         /*
434          * Truncate or extend the file as necessary.  Clean out the contents
435          * of the file, we want it to be full of holes so we don't waste
436          * time reading in data from an old file that we no longer care
437          * about.
438          */
439         ftruncate(fd, 0);
440         ftruncate(fd, Maxmem_bytes);
441
442         MemImageFd = fd;
443         Maxmem = Maxmem_bytes >> PAGE_SHIFT;
444         physmem = Maxmem;
445 }
446
447 /*
448  * Initialize kernel memory.  This reserves kernel virtual memory by using
449  * MAP_VPAGETABLE
450  */
451
452 static
453 void
454 init_kern_memory(void)
455 {
456         void *base;
457         void *try;
458         char *zero;
459         char dummy;
460         char *topofstack = &dummy;
461         vpte_t pte;
462         int i;
463
464         /*
465          * Memory map our kernel virtual memory space.  Note that the
466          * kernel image itself is not made part of this memory for the
467          * moment.
468          *
469          * The memory map must be segment-aligned so we can properly
470          * offset KernelPTD.
471          *
472          * If the system kernel has a different MAXDSIZ, it might not
473          * be possible to map kernel memory in its prefered location.
474          * Try a number of different locations.
475          */
476         try = (void *)0x40000000;
477         base = NULL;
478         while ((char *)try + KERNEL_KVA_SIZE < topofstack) {
479                 base = mmap(try, KERNEL_KVA_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE,
480                             MAP_FILE|MAP_SHARED|MAP_VPAGETABLE,
481                             MemImageFd, 0);
482                 if (base == try)
483                         break;
484                 if (base != MAP_FAILED)
485                         munmap(base, KERNEL_KVA_SIZE);
486                 try = (char *)try + 0x10000000;
487         }
488         if (base != try) {
489                 err(1, "Unable to mmap() kernel virtual memory!");
490                 /* NOT REACHED */
491         }
492         madvise(base, KERNEL_KVA_SIZE, MADV_NOSYNC);
493         KvaStart = (vm_offset_t)base;
494         KvaSize = KERNEL_KVA_SIZE;
495         KvaEnd = KvaStart + KvaSize;
496
497         /* cannot use kprintf yet */
498         printf("KVM mapped at %p-%p\n", (void *)KvaStart, (void *)KvaEnd);
499
500         /*
501          * Create a top-level page table self-mapping itself. 
502          *
503          * Initialize the page directory at physical page index 0 to point
504          * to an array of page table pages starting at physical page index 1
505          */
506         lseek(MemImageFd, 0L, 0);
507         for (i = 0; i < KERNEL_KVA_SIZE / SEG_SIZE; ++i) {
508                 pte = ((i + 1) * PAGE_SIZE) | VPTE_V | VPTE_R | VPTE_W;
509                 write(MemImageFd, &pte, sizeof(pte));
510         }
511
512         /*
513          * Initialize the PTEs in the page table pages required to map the
514          * page table itself.  This includes mapping the page directory page
515          * at the base so we go one more loop then normal.
516          */
517         lseek(MemImageFd, PAGE_SIZE, 0);
518         for (i = 0; i <= KERNEL_KVA_SIZE / SEG_SIZE * sizeof(vpte_t); ++i) {
519                 pte = (i * PAGE_SIZE) | VPTE_V | VPTE_R | VPTE_W;
520                 write(MemImageFd, &pte, sizeof(pte));
521         }
522
523         /*
524          * Initialize remaining PTEs to 0.  We may be reusing a memory image
525          * file.  This is approximately a megabyte.
526          */
527         i = (KERNEL_KVA_SIZE / PAGE_SIZE - i) * sizeof(pte);
528         zero = malloc(PAGE_SIZE);
529         bzero(zero, PAGE_SIZE);
530         while (i) {
531                 write(MemImageFd, zero, (i > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : i);
532                 i = i - ((i > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : i);
533         }
534         free(zero);
535
536         /*
537          * Enable the page table and calculate pointers to our self-map
538          * for easy kernel page table manipulation.
539          *
540          * KernelPTA must be offset so we can do direct VA translations
541          */
542         mcontrol(base, KERNEL_KVA_SIZE, MADV_SETMAP,
543                  0 | VPTE_R | VPTE_W | VPTE_V);
544         KernelPTD = (vpte_t *)base;                       /* pg directory */
545         KernelPTA = (vpte_t *)((char *)base + PAGE_SIZE); /* pg table pages */
546         KernelPTA -= KvaStart >> PAGE_SHIFT;
547
548         /*
549          * phys_avail[] represents unallocated physical memory.  MI code
550          * will use phys_avail[] to create the vm_page array.
551          */
552         phys_avail[0] = PAGE_SIZE +
553                         KERNEL_KVA_SIZE / PAGE_SIZE * sizeof(vpte_t);
554         phys_avail[0] = (phys_avail[0] + PAGE_MASK) & ~(vm_paddr_t)PAGE_MASK;
555         phys_avail[1] = Maxmem_bytes;
556
557         /*
558          * (virtual_start, virtual_end) represent unallocated kernel virtual
559          * memory.  MI code will create kernel_map using these parameters.
560          */
561         virtual_start = KvaStart + PAGE_SIZE +
562                         KERNEL_KVA_SIZE / PAGE_SIZE * sizeof(vpte_t);
563         virtual_start = (virtual_start + PAGE_MASK) & ~(vm_offset_t)PAGE_MASK;
564         virtual_end = KvaStart + KERNEL_KVA_SIZE;
565
566         /*
567          * kernel_vm_end could be set to virtual_end but we want some 
568          * indication of how much of the kernel_map we've used, so
569          * set it low and let pmap_growkernel increase it even though we
570          * don't need to create any new page table pages.
571          */
572         kernel_vm_end = virtual_start;
573
574         /*
575          * Allocate space for process 0's UAREA.
576          */
577         proc0paddr = (void *)virtual_start;
578         for (i = 0; i < UPAGES; ++i) {
579                 pmap_kenter_quick(virtual_start, phys_avail[0]);
580                 virtual_start += PAGE_SIZE;
581                 phys_avail[0] += PAGE_SIZE;
582         }
583
584         /*
585          * crashdumpmap
586          */
587         crashdumpmap = virtual_start;
588         virtual_start += MAXDUMPPGS * PAGE_SIZE;
589
590         /*
591          * msgbufp maps the system message buffer
592          */
593         assert((MSGBUF_SIZE & PAGE_MASK) == 0);
594         msgbufp = (void *)virtual_start;
595         for (i = 0; i < (MSGBUF_SIZE >> PAGE_SHIFT); ++i) {
596                 pmap_kenter_quick(virtual_start, phys_avail[0]);
597                 virtual_start += PAGE_SIZE;
598                 phys_avail[0] += PAGE_SIZE;
599         }
600         msgbufinit(msgbufp, MSGBUF_SIZE);
601
602         /*
603          * used by kern_memio for /dev/mem access
604          */
605         ptvmmap = (caddr_t)virtual_start;
606         virtual_start += PAGE_SIZE;
607
608         /*
609          * Bootstrap the kernel_pmap
610          */
611         pmap_bootstrap();
612 }
613
614 /*
615  * Map the per-cpu globaldata for cpu #0.  Allocate the space using
616  * virtual_start and phys_avail[0]
617  */
618 static
619 void
620 init_globaldata(void)
621 {
622         int i;
623         vm_paddr_t pa;
624         vm_offset_t va;
625
626         /*
627          * Reserve enough KVA to cover possible cpus.  This is a considerable
628          * amount of KVA since the privatespace structure includes two 
629          * whole page table mappings.
630          */
631         virtual_start = (virtual_start + SEG_MASK) & ~(vm_offset_t)SEG_MASK;
632         CPU_prvspace = (void *)virtual_start;
633         virtual_start += sizeof(struct privatespace) * SMP_MAXCPU;
634
635         /*
636          * Allocate enough physical memory to cover the mdglobaldata
637          * portion of the space and the idle stack and map the pages
638          * into KVA.  For cpu #0 only.
639          */
640         for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
641                 pa = phys_avail[0];
642                 va = (vm_offset_t)&CPU_prvspace[0].mdglobaldata + i;
643                 pmap_kenter_quick(va, pa);
644                 phys_avail[0] += PAGE_SIZE;
645         }
646         for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[0].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
647                 pa = phys_avail[0];
648                 va = (vm_offset_t)&CPU_prvspace[0].idlestack + i;
649                 pmap_kenter_quick(va, pa);
650                 phys_avail[0] += PAGE_SIZE;
651         }
652
653         /*
654          * Setup the %fs for cpu #0.  The mycpu macro works after this
655          * point.  Note that %gs is used by pthreads.
656          */
657         tls_set_fs(&CPU_prvspace[0], sizeof(struct privatespace));
658 }
659
660 /*
661  * Initialize very low level systems including thread0, proc0, etc.
662  */
663 static
664 void
665 init_vkernel(void)
666 {
667         struct mdglobaldata *gd;
668
669         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
670         bzero(gd, sizeof(*gd));
671
672         gd->mi.gd_curthread = &thread0;
673         thread0.td_gd = &gd->mi;
674         ncpus = 1;
675         ncpus2 = 1;     /* rounded down power of 2 */
676         ncpus_fit = 1;  /* rounded up power of 2 */
677         /* ncpus2_mask and ncpus_fit_mask are 0 */
678         init_param1();
679         gd->mi.gd_prvspace = &CPU_prvspace[0];
680         mi_gdinit(&gd->mi, 0);
681         cpu_gdinit(gd, 0);
682         mi_proc0init(&gd->mi, proc0paddr);
683         lwp0.lwp_md.md_regs = &proc0_tf;
684
685         /*init_locks();*/
686 #ifdef SMP
687         /*
688          * Get the initial mplock with a count of 1 for the BSP.
689          * This uses a LOGICAL cpu ID, ie BSP == 0.
690          */
691         cpu_get_initial_mplock();
692 #endif
693         cninit();
694         rand_initialize();
695 #if 0   /* #ifdef DDB */
696         kdb_init();
697         if (boothowto & RB_KDB)
698                 Debugger("Boot flags requested debugger");
699 #endif
700         identcpu();
701 #if 0
702         initializecpu();        /* Initialize CPU registers */
703 #endif
704         init_param2((phys_avail[1] - phys_avail[0]) / PAGE_SIZE);
705
706 #if 0
707         /*
708          * Map the message buffer
709          */
710         for (off = 0; off < round_page(MSGBUF_SIZE); off += PAGE_SIZE)
711                 pmap_kenter((vm_offset_t)msgbufp + off, avail_end + off);
712         msgbufinit(msgbufp, MSGBUF_SIZE);
713 #endif
714 #if 0
715         thread0.td_pcb_cr3 ... MMU
716         lwp0.lwp_md.md_regs = &proc0_tf;
717 #endif
718 }
719
720 /*
721  * Filesystem image paths for the virtual kernel are optional.  
722  * If specified they each should point to a disk image, 
723  * the first of which will become the root disk.
724  *
725  * The virtual kernel caches data from our 'disk' just like a normal kernel,
726  * so we do not really want the real kernel to cache the data too.  Use
727  * O_DIRECT to remove the duplication.
728  */
729 static
730 void
731 init_disk(char *diskExp[], int diskFileNum, enum vkdisk_type type)
732 {
733         int i;  
734
735         if (diskFileNum == 0)
736                 return;
737
738         for(i=0; i < diskFileNum; i++){
739                 char *fname;
740                 fname = diskExp[i];
741
742                 if (fname == NULL) {
743                         warnx("Invalid argument to '-r'");
744                         continue;
745                 }
746
747                 if (DiskNum < VKDISK_MAX) {
748                         struct stat st; 
749                         struct vkdisk_info* info = NULL;
750                         int fd;
751                         size_t l = 0;
752
753                         if (type == VKD_DISK)
754                             fd = open(fname, O_RDWR|O_DIRECT, 0644);
755                         else
756                             fd = open(fname, O_RDONLY|O_DIRECT, 0644);
757                         if (fd < 0 || fstat(fd, &st) < 0) {
758                                 err(1, "Unable to open/create %s", fname);
759                                 /* NOT REACHED */
760                         }
761                         if (S_ISREG(st.st_mode)) {
762                                 if (flock(fd, LOCK_EX|LOCK_NB) < 0) {
763                                         errx(1, "Disk image %s is already "
764                                                 "in use\n", fname);
765                                         /* NOT REACHED */
766                                 }
767                         }
768
769                         info = &DiskInfo[DiskNum];
770                         l = strlen(fname);
771
772                         info->unit = i;
773                         info->fd = fd;
774                         info->type = type;
775                         memcpy(info->fname, fname, l);
776
777                         if (DiskNum == 0) {
778                                 if (type == VKD_CD) {
779                                     rootdevnames[0] = "cd9660:vcd0a";
780                                 } else if (type == VKD_DISK) {
781                                     rootdevnames[0] = "ufs:vkd0s0a";
782                                     rootdevnames[1] = "ufs:vkd0s1a";
783                                 }
784                         }
785
786                         DiskNum++;
787                 } else {
788                         warnx("vkd%d (%s) > VKDISK_MAX", DiskNum, fname);
789                         continue;
790                 }
791         }
792 }
793
794 static
795 int
796 netif_set_tapflags(int tap_unit, int f, int s)
797 {
798         struct ifreq ifr;
799         int flags;
800
801         bzero(&ifr, sizeof(ifr));
802
803         snprintf(ifr.ifr_name, sizeof(ifr.ifr_name), "tap%d", tap_unit);
804         if (ioctl(s, SIOCGIFFLAGS, &ifr) < 0) {
805                 warn("tap%d: ioctl(SIOCGIFFLAGS) failed", tap_unit);
806                 return -1;
807         }
808
809         /*
810          * Adjust if_flags
811          *
812          * If the flags are already set/cleared, then we return
813          * immediately to avoid extra syscalls
814          */
815         flags = (ifr.ifr_flags & 0xffff) | (ifr.ifr_flagshigh << 16);
816         if (f < 0) {
817                 /* Turn off flags */
818                 f = -f;
819                 if ((flags & f) == 0)
820                         return 0;
821                 flags &= ~f;
822         } else {
823                 /* Turn on flags */
824                 if (flags & f)
825                         return 0;
826                 flags |= f;
827         }
828
829         /*
830          * Fix up ifreq.ifr_name, since it may be trashed
831          * in previous ioctl(SIOCGIFFLAGS)
832          */
833         snprintf(ifr.ifr_name, sizeof(ifr.ifr_name), "tap%d", tap_unit);
834
835         ifr.ifr_flags = flags & 0xffff;
836         ifr.ifr_flagshigh = flags >> 16;
837         if (ioctl(s, SIOCSIFFLAGS, &ifr) < 0) {
838                 warn("tap%d: ioctl(SIOCSIFFLAGS) failed", tap_unit);
839                 return -1;
840         }
841         return 0;
842 }
843
844 static
845 int
846 netif_set_tapaddr(int tap_unit, in_addr_t addr, in_addr_t mask, int s)
847 {
848         struct ifaliasreq ifra;
849         struct sockaddr_in *in;
850
851         bzero(&ifra, sizeof(ifra));
852         snprintf(ifra.ifra_name, sizeof(ifra.ifra_name), "tap%d", tap_unit);
853
854         /* Setup address */
855         in = (struct sockaddr_in *)&ifra.ifra_addr;
856         in->sin_family = AF_INET;
857         in->sin_len = sizeof(*in);
858         in->sin_addr.s_addr = addr;
859
860         if (mask != 0) {
861                 /* Setup netmask */
862                 in = (struct sockaddr_in *)&ifra.ifra_mask;
863                 in->sin_len = sizeof(*in);
864                 in->sin_addr.s_addr = mask;
865         }
866
867         if (ioctl(s, SIOCAIFADDR, &ifra) < 0) {
868                 warn("tap%d: ioctl(SIOCAIFADDR) failed", tap_unit);
869                 return -1;
870         }
871         return 0;
872 }
873
874 static
875 int
876 netif_add_tap2brg(int tap_unit, const char *ifbridge, int s)
877 {
878         struct ifbreq ifbr;
879         struct ifdrv ifd;
880
881         bzero(&ifbr, sizeof(ifbr));
882         snprintf(ifbr.ifbr_ifsname, sizeof(ifbr.ifbr_ifsname),
883                  "tap%d", tap_unit);
884
885         bzero(&ifd, sizeof(ifd));
886         strlcpy(ifd.ifd_name, ifbridge, sizeof(ifd.ifd_name));
887         ifd.ifd_cmd = BRDGADD;
888         ifd.ifd_len = sizeof(ifbr);
889         ifd.ifd_data = &ifbr;
890
891         if (ioctl(s, SIOCSDRVSPEC, &ifd) < 0) {
892                 /*
893                  * 'errno == EEXIST' means that the tap(4) is already
894                  * a member of the bridge(4)
895                  */
896                 if (errno != EEXIST) {
897                         warn("ioctl(%s, SIOCSDRVSPEC) failed", ifbridge);
898                         return -1;
899                 }
900         }
901         return 0;
902 }
903
904 #define TAPDEV_OFLAGS   (O_RDWR | O_NONBLOCK)
905
906 /*
907  * Locate the first unused tap(4) device file if auto mode is requested,
908  * or open the user supplied device file, and bring up the corresponding
909  * tap(4) interface.
910  *
911  * NOTE: Only tap(4) device file is supported currently
912  */
913 static
914 int
915 netif_open_tap(const char *netif, int *tap_unit, int s)
916 {
917         char tap_dev[MAXPATHLEN];
918         int tap_fd, failed;
919         struct stat st;
920         char *dname;
921
922         *tap_unit = -1;
923
924         if (strcmp(netif, "auto") == 0) {
925                 /*
926                  * Find first unused tap(4) device file
927                  */
928                 tap_fd = open("/dev/tap", TAPDEV_OFLAGS);
929                 if (tap_fd < 0) {
930                         warnc(errno, "Unable to find a free tap(4)");
931                         return -1;
932                 }
933         } else {
934                 /*
935                  * User supplied tap(4) device file or unix socket.
936                  */
937                 if (netif[0] == '/')    /* Absolute path */
938                         strlcpy(tap_dev, netif, sizeof(tap_dev));
939                 else
940                         snprintf(tap_dev, sizeof(tap_dev), "/dev/%s", netif);
941
942                 tap_fd = open(tap_dev, TAPDEV_OFLAGS);
943
944                 /*
945                  * If we cannot open normally try to connect to it.
946                  */
947                 if (tap_fd < 0)
948                         tap_fd = unix_connect(tap_dev);
949
950                 if (tap_fd < 0) {
951                         warn("Unable to open %s", tap_dev);
952                         return -1;
953                 }
954         }
955
956         /*
957          * Check whether the device file is a tap(4)
958          */
959         if (fstat(tap_fd, &st) < 0) {
960                 failed = 1;
961         } else if (S_ISCHR(st.st_mode)) {
962                 dname = fdevname(tap_fd);
963                 if (dname)
964                         dname = strstr(dname, "tap");
965                 if (dname) {
966                         /*
967                          * Bring up the corresponding tap(4) interface
968                          */
969                         *tap_unit = strtol(dname + 3, NULL, 10);
970                         printf("TAP UNIT %d\n", *tap_unit);
971                         if (netif_set_tapflags(*tap_unit, IFF_UP, s) == 0)
972                                 failed = 0;
973                         else
974                                 failed = 1;
975                 } else {
976                         failed = 1;
977                 }
978         } else if (S_ISSOCK(st.st_mode)) {
979                 /*
980                  * Special socket connection (typically to vknet).  We
981                  * do not have to do anything.
982                  */
983                 failed = 0;
984         } else {
985                 failed = 1;
986         }
987
988         if (failed) {
989                 warnx("%s is not a tap(4) device or socket", tap_dev);
990                 close(tap_fd);
991                 tap_fd = -1;
992                 *tap_unit = -1;
993         }
994         return tap_fd;
995 }
996
997 static int
998 unix_connect(const char *path)
999 {
1000         struct sockaddr_un sunx;
1001         int len;
1002         int net_fd;
1003         int sndbuf = 262144;
1004         struct stat st;
1005
1006         snprintf(sunx.sun_path, sizeof(sunx.sun_path), "%s", path);
1007         len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path[strlen(sunx.sun_path)]);
1008         ++len;  /* include nul */
1009         sunx.sun_family = AF_UNIX;
1010         sunx.sun_len = len;
1011
1012         net_fd = socket(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET, 0);
1013         if (net_fd < 0)
1014                 return(-1);
1015         if (connect(net_fd, (void *)&sunx, len) < 0) {
1016                 close(net_fd);
1017                 return(-1);
1018         }
1019         setsockopt(net_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sndbuf, sizeof(sndbuf));
1020         if (fstat(net_fd, &st) == 0)
1021                 printf("Network socket buffer: %d bytes\n", st.st_blksize);
1022         fcntl(net_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
1023         return(net_fd);
1024 }
1025
1026 #undef TAPDEV_MAJOR
1027 #undef TAPDEV_MINOR
1028 #undef TAPDEV_OFLAGS
1029
1030 /*
1031  * Following syntax is supported,
1032  * 1) x.x.x.x             tap(4)'s address is x.x.x.x
1033  *
1034  * 2) x.x.x.x/z           tap(4)'s address is x.x.x.x
1035  *                        tap(4)'s netmask len is z
1036  *
1037  * 3) x.x.x.x:y.y.y.y     tap(4)'s address is x.x.x.x
1038  *                        pseudo netif's address is y.y.y.y
1039  *
1040  * 4) x.x.x.x:y.y.y.y/z   tap(4)'s address is x.x.x.x
1041  *                        pseudo netif's address is y.y.y.y
1042  *                        tap(4) and pseudo netif's netmask len are z
1043  *
1044  * 5) bridgeX             tap(4) will be added to bridgeX
1045  *
1046  * 6) bridgeX:y.y.y.y     tap(4) will be added to bridgeX
1047  *                        pseudo netif's address is y.y.y.y
1048  *
1049  * 7) bridgeX:y.y.y.y/z   tap(4) will be added to bridgeX
1050  *                        pseudo netif's address is y.y.y.y
1051  *                        pseudo netif's netmask len is z
1052  */
1053 static
1054 int
1055 netif_init_tap(int tap_unit, in_addr_t *addr, in_addr_t *mask, int s)
1056 {
1057         in_addr_t tap_addr, netmask, netif_addr;
1058         int next_netif_addr;
1059         char *tok, *masklen_str, *ifbridge;
1060
1061         *addr = 0;
1062         *mask = 0;
1063
1064         tok = strtok(NULL, ":/");
1065         if (tok == NULL) {
1066                 /*
1067                  * Nothing special, simply use tap(4) as backend
1068                  */
1069                 return 0;
1070         }
1071
1072         if (inet_pton(AF_INET, tok, &tap_addr) > 0) {
1073                 /*
1074                  * tap(4)'s address is supplied
1075                  */
1076                 ifbridge = NULL;
1077
1078                 /*
1079                  * If there is next token, then it may be pseudo
1080                  * netif's address or netmask len for tap(4)
1081                  */
1082                 next_netif_addr = 0;
1083         } else {
1084                 /*
1085                  * Not tap(4)'s address, assume it as a bridge(4)
1086                  * iface name
1087                  */
1088                 tap_addr = 0;
1089                 ifbridge = tok;
1090
1091                 /*
1092                  * If there is next token, then it must be pseudo
1093                  * netif's address
1094                  */
1095                 next_netif_addr = 1;
1096         }
1097
1098         netmask = netif_addr = 0;
1099
1100         tok = strtok(NULL, ":/");
1101         if (tok == NULL)
1102                 goto back;
1103
1104         if (inet_pton(AF_INET, tok, &netif_addr) <= 0) {
1105                 if (next_netif_addr) {
1106                         warnx("Invalid pseudo netif address: %s", tok);
1107                         return -1;
1108                 }
1109                 netif_addr = 0;
1110
1111                 /*
1112                  * Current token is not address, then it must be netmask len
1113                  */
1114                 masklen_str = tok;
1115         } else {
1116                 /*
1117                  * Current token is pseudo netif address, if there is next token
1118                  * it must be netmask len
1119                  */
1120                 masklen_str = strtok(NULL, "/");
1121         }
1122
1123         /* Calculate netmask */
1124         if (masklen_str != NULL) {
1125                 u_long masklen;
1126
1127                 masklen = strtoul(masklen_str, NULL, 10);
1128                 if (masklen < 32 && masklen > 0) {
1129                         netmask = htonl(~((1LL << (32 - masklen)) - 1)
1130                                         & 0xffffffff);
1131                 } else {
1132                         warnx("Invalid netmask len: %lu", masklen);
1133                         return -1;
1134                 }
1135         }
1136
1137         /* Make sure there is no more token left */
1138         if (strtok(NULL, ":/") != NULL) {
1139                 warnx("Invalid argument to '-I'");
1140                 return -1;
1141         }
1142
1143 back:
1144         if (tap_unit < 0) {
1145                 /* Do nothing */
1146         } else if (ifbridge == NULL) {
1147                 /* Set tap(4) address/netmask */
1148                 if (netif_set_tapaddr(tap_unit, tap_addr, netmask, s) < 0)
1149                         return -1;
1150         } else {
1151                 /* Tie tap(4) to bridge(4) */
1152                 if (netif_add_tap2brg(tap_unit, ifbridge, s) < 0)
1153                         return -1;
1154         }
1155
1156         *addr = netif_addr;
1157         *mask = netmask;
1158         return 0;
1159 }
1160
1161 /*
1162  * NetifInfo[] will be filled for pseudo netif initialization.
1163  * NetifNum will be bumped to reflect the number of valid entries
1164  * in NetifInfo[].
1165  */
1166 static
1167 void
1168 init_netif(char *netifExp[], int netifExpNum)
1169 {
1170         int i, s;
1171
1172         if (netifExpNum == 0)
1173                 return;
1174
1175         s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);     /* for ioctl(SIOC) */
1176         if (s < 0)
1177                 return;
1178
1179         for (i = 0; i < netifExpNum; ++i) {
1180                 struct vknetif_info *info;
1181                 in_addr_t netif_addr, netif_mask;
1182                 int tap_fd, tap_unit;
1183                 char *netif;
1184
1185                 netif = strtok(netifExp[i], ":");
1186                 if (netif == NULL) {
1187                         warnx("Invalid argument to '-I'");
1188                         continue;
1189                 }
1190
1191                 /*
1192                  * Open tap(4) device file and bring up the
1193                  * corresponding interface
1194                  */
1195                 tap_fd = netif_open_tap(netif, &tap_unit, s);
1196                 if (tap_fd < 0)
1197                         continue;
1198
1199                 /*
1200                  * Initialize tap(4) and get address/netmask
1201                  * for pseudo netif
1202                  *
1203                  * NB: Rest part of netifExp[i] is passed
1204                  *     to netif_init_tap() implicitly.
1205                  */
1206                 if (netif_init_tap(tap_unit, &netif_addr, &netif_mask, s) < 0) {
1207                         /*
1208                          * NB: Closing tap(4) device file will bring
1209                          *     down the corresponding interface
1210                          */
1211                         close(tap_fd);
1212                         continue;
1213                 }
1214
1215                 info = &NetifInfo[NetifNum];
1216                 info->tap_fd = tap_fd;
1217                 info->tap_unit = tap_unit;
1218                 info->netif_addr = netif_addr;
1219                 info->netif_mask = netif_mask;
1220
1221                 NetifNum++;
1222                 if (NetifNum >= VKNETIF_MAX)    /* XXX will this happen? */
1223                         break;
1224         }
1225         close(s);
1226 }
1227
1228 /*
1229  * Create the pid file and leave it open and locked while the vkernel is
1230  * running.  This allows a script to use /usr/bin/lockf to probe whether
1231  * a vkernel is still running (so as not to accidently kill an unrelated
1232  * process from a stale pid file).
1233  */
1234 static
1235 void
1236 writepid(void)
1237 {
1238         char buf[32];
1239         int fd;
1240
1241         if (pid_file != NULL) {
1242                 snprintf(buf, sizeof(buf), "%ld\n", (long)getpid());
1243                 fd = open(pid_file, O_RDWR|O_CREAT|O_EXLOCK|O_NONBLOCK, 0666);
1244                 if (fd < 0) {
1245                         if (errno == EWOULDBLOCK) {
1246                                 perror("Failed to lock pidfile, "
1247                                        "vkernel already running");
1248                         } else {
1249                                 perror("Failed to create pidfile");
1250                         }
1251                         exit(EX_SOFTWARE);
1252                 }
1253                 ftruncate(fd, 0);
1254                 write(fd, buf, strlen(buf));
1255                 /* leave the file open to maintain the lock */
1256         }
1257 }
1258
1259 static
1260 void
1261 cleanpid( void ) 
1262 {
1263         if (pid_file != NULL) {
1264                 if (unlink(pid_file) < 0)
1265                         perror("Warning: couldn't remove pidfile");
1266         }
1267 }
1268
1269 static
1270 void
1271 usage_err(const char *ctl, ...)
1272 {
1273         va_list va;
1274
1275         va_start(va, ctl);
1276         vfprintf(stderr, ctl, va);
1277         va_end(va);
1278         fprintf(stderr, "\n");
1279         exit(EX_USAGE);
1280 }
1281
1282 static
1283 void
1284 usage_help(_Bool help)
1285 {
1286         fprintf(stderr, "Usage: %s [-hsUv] [-c file] [-e name=value:name=value:...]\n"
1287             "\t[-i file] [-I interface[:address1[:address2][/netmask]]] [-l cpulock]\n"
1288             "\t[-m size] [-n numcpus] [-p file] [-r file]\n", save_av[0]);
1289
1290         if (help)
1291                 fprintf(stderr, "\nArguments:\n"
1292                     "\t-c\tSpecify a readonly CD-ROM image file to be used by the kernel.\n"
1293                     "\t-e\tSpecify an environment to be used by the kernel.\n"
1294                     "\t-h\tThis list of options.\n"
1295                     "\t-i\tSpecify a memory image file to be used by the virtual kernel.\n"
1296                     "\t-I\tCreate a virtual network device.\n"
1297                     "\t-l\tSpecify which, if any, real CPUs to lock virtual CPUs to.\n"
1298                     "\t-m\tSpecify the amount of memory to be used by the kernel in bytes.\n"
1299                     "\t-n\tSpecify the number of CPUs you wish to emulate.\n"
1300                     "\t-p\tSpecify a file in which to store the process ID.\n"
1301                     "\t-r\tSpecify a R/W disk image file to be used by the kernel.\n"
1302                     "\t-s\tBoot into single-user mode.\n"
1303                     "\t-U\tEnable writing to kernel memory and module loading.\n"
1304                     "\t-v\tTurn on verbose booting.\n");
1305
1306         exit(EX_USAGE);
1307 }
1308
1309 void
1310 cpu_reset(void)
1311 {
1312         kprintf("cpu reset, rebooting vkernel\n");
1313         closefrom(3);
1314         cleanpid();
1315         execv(save_av[0], save_av);
1316 }
1317
1318 void
1319 cpu_halt(void)
1320 {
1321         kprintf("cpu halt, exiting vkernel\n");
1322         cleanpid();
1323         exit(EX_OK);
1324 }
1325
1326 void
1327 setrealcpu(void)
1328 {
1329         switch(lwp_cpu_lock) {
1330         case LCL_PER_CPU:
1331                 if (bootverbose)
1332                         kprintf("Locking CPU%d to real cpu %d\n",
1333                                 mycpuid, next_cpu);
1334                 usched_set(getpid(), USCHED_SET_CPU, &next_cpu, sizeof(next_cpu));
1335                 next_cpu++;
1336                 if (next_cpu >= real_ncpus)
1337                         next_cpu = 0;
1338                 break;
1339         case LCL_SINGLE_CPU:
1340                 if (bootverbose)
1341                         kprintf("Locking CPU%d to real cpu %d\n",
1342                                 mycpuid, next_cpu);
1343                 usched_set(getpid(), USCHED_SET_CPU, &next_cpu, sizeof(next_cpu));
1344                 break;
1345         default:
1346                 /* do not map virtual cpus to real cpus */
1347                 break;
1348         }
1349 }
1350