tools/tools/netrate/pktgen/pktgen.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 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/queue.h>
  49 #include <sys/socket.h>
  50 #include <sys/systm.h>
  51 #include <sys/serialize.h>
  52
  53 #include <net/if.h>
  54 #include <net/if_dl.h>
  55 #include <net/if_var.h>
  56 #include <net/ifq_var.h>
  57 #include <net/ethernet.h>
  58 #include <net/netmsg2.h>
  59
  60 #include <netinet/in.h>
  61 #include <netinet/ip.h>
  62 #include <netinet/udp_var.h>
  63
  64 #include "pktgen.h"
  65
  66 #define CDEV_NAME       "pktg"
  67
  68 #define PKTGEN_BUFSZ    2048
  69
  70 struct pktgen;
  71
  72 struct pktgen_buf {
  73         struct netmsg_base      pb_nmsg;        /* MUST BE THE FIRST */
  74         void                    *pb_buf;
  75         volatile int            pb_done;
  76         volatile int            pb_inuse;
  77         struct ifnet            *pb_ifp;
  78         int                     pb_len;
  79         int                     pb_cpuid;
  80         struct pktgen           *pb_pktg;
  81         LIST_ENTRY(pktgen_buf)  pb_link;
  82 };
  83
  84 struct pktgen {
  85         uint32_t                pktg_flags;     /* PKTG_F_ */
  86         int                     pktg_refcnt;
  87
  88         struct callout          pktg_stop;
  89         int                     pktg_duration;
  90
  91         int                     pktg_datalen;
  92         struct ifnet            *pktg_ifp;
  93
  94         struct sockaddr_in      pktg_src;
  95         int                     pktg_ndst;
  96         struct sockaddr_in      *pktg_dst;
  97         uint8_t                 pktg_dst_lladdr[ETHER_ADDR_LEN];
  98
  99         LIST_HEAD(, pktgen_buf) pktg_buflist;
 100 };
 101
 102 #define PKTG_F_CONFIG   0x1
 103 #define PKTG_F_RUNNING  0x4
 104
 105 static int              pktgen_modevent(module_t, int, void *);
 106
 107 static void             pktgen_buf_free(void *);
 108 static void             pktgen_buf_ref(void *);
 109 static void             pktgen_buf_send(netmsg_t);
 110
 111 static int              pktgen_config(struct pktgen *,
 112                             const struct pktgen_conf *);
 113 static int              pktgen_start(struct pktgen *);
 114 static void             pktgen_free(struct pktgen *);
 115 static void             pktgen_stop_cb(void *);
 116 static void             pktgen_mbuf(struct pktgen_buf *, struct mbuf *);
 117
 118 static d_open_t         pktgen_open;
 119 static d_close_t        pktgen_close;
 120 static d_ioctl_t        pktgen_ioctl;
 121
 122 static struct dev_ops   pktgen_ops = {
 123         { CDEV_NAME, 0, D_MPSAFE },
 124         .d_open =       pktgen_open,
 125         .d_close =      pktgen_close,
 126         .d_ioctl =      pktgen_ioctl,
 127 };
 128
 129 static int              pktgen_refcnt;
 130 static struct lwkt_token pktgen_tok = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(pktgen_token);
 131
 132 MALLOC_DECLARE(M_PKTGEN);
 133 MALLOC_DEFINE(M_PKTGEN, CDEV_NAME, "Packet generator");
 134
 135 DEV_MODULE(pktgen, pktgen_modevent, NULL);
 136
 137 static int
 138 pktgen_modevent(module_t mod, int type, void *data)
 139 {
 140         int error = 0;
 141
 142         switch (type) {
 143         case MOD_LOAD:
 144                 make_dev(&pktgen_ops, 0, UID_ROOT, GID_WHEEL, 0600,
 145                     CDEV_NAME"%d", 0);
 146                 break;
 147
 148         case MOD_UNLOAD:
 149                 if (pktgen_refcnt > 0)
 150                         return EBUSY;
 151                 dev_ops_remove_all(&pktgen_ops);
 152                 break;
 153
 154         default:
 155                 error = EOPNOTSUPP;
 156                 break;
 157         }
 158         return error;
 159 }
 160
 161 static int
 162 pktgen_open(struct dev_open_args *ap)
 163 {
 164         cdev_t dev = ap->a_head.a_dev;
 165         struct pktgen *pktg;
 166         int error;
 167
 168         error = priv_check_cred(ap->a_cred, PRIV_ROOT, 0);
 169         if (error)
 170                 return error;
 171
 172         lwkt_gettoken(&pktgen_tok);
 173
 174         if (dev->si_drv1 != NULL) {
 175                 lwkt_reltoken(&pktgen_tok);
 176                 return EBUSY;
 177         }
 178
 179         pktg = kmalloc(sizeof(*pktg), M_PKTGEN, M_ZERO | M_WAITOK);
 180         callout_init_mp(&pktg->pktg_stop);
 181         LIST_INIT(&pktg->pktg_buflist);
 182
 183         dev->si_drv1 = pktg;
 184         pktg->pktg_refcnt = 1;
 185
 186         pktgen_refcnt++;
 187
 188         lwkt_reltoken(&pktgen_tok);
 189         return 0;
 190 }
 191
 192 static int
 193 pktgen_close(struct dev_close_args *ap)
 194 {
 195         cdev_t dev = ap->a_head.a_dev;
 196         struct pktgen *pktg = dev->si_drv1;
 197
 198         lwkt_gettoken(&pktgen_tok);
 199
 200         dev->si_drv1 = NULL;
 201         pktgen_free(pktg);
 202
 203         lwkt_reltoken(&pktgen_tok);
 204
 205         return 0;
 206 }
 207
 208 static int
 209 pktgen_ioctl(struct dev_ioctl_args *ap __unused)
 210 {
 211         cdev_t dev = ap->a_head.a_dev;
 212         caddr_t data = ap->a_data;
 213         struct pktgen *pktg = dev->si_drv1;
 214         int error;
 215
 216         lwkt_gettoken(&pktgen_tok);
 217
 218         switch (ap->a_cmd) {
 219         case PKTGENSTART:
 220                 error = pktgen_start(pktg);
 221                 break;
 222
 223         case PKTGENSCONF:
 224                 error = pktgen_config(pktg, (const struct pktgen_conf *)data);
 225                 break;
 226
 227         default:
 228                 error = EOPNOTSUPP;
 229                 break;
 230         }
 231
 232         lwkt_reltoken(&pktgen_tok);
 233         return error;
 234 }
 235
 236 static int
 237 pktgen_config(struct pktgen *pktg, const struct pktgen_conf *conf)
 238 {
 239         const struct sockaddr_in *sin;
 240         struct sockaddr_in *dst = NULL;
 241         const struct sockaddr *sa;
 242         struct ifnet *ifp;
 243         size_t dst_size;
 244         int i, error;
 245
 246         if (pktg->pktg_flags & (PKTG_F_RUNNING | PKTG_F_CONFIG))
 247                 return EBUSY;
 248
 249         if (conf->pc_datalen <= 0 ||
 250             conf->pc_datalen > ETHERMTU - sizeof(struct udpiphdr))
 251                 return EINVAL;
 252         if (conf->pc_duration <= 0)
 253                 return EINVAL;
 254
 255         sin = &conf->pc_src;
 256         if (sin->sin_family != AF_INET)
 257                 return EPROTONOSUPPORT;
 258         if (sin->sin_port == 0)
 259                 return EINVAL;
 260
 261         if (conf->pc_ndst <= 0)
 262                 return EINVAL;
 263         dst_size = conf->pc_ndst * sizeof(struct sockaddr_in);
 264
 265         dst = kmalloc(dst_size, M_PKTGEN, M_WAITOK | M_NULLOK);
 266         if (dst == NULL)
 267                 return ENOMEM;
 268
 269         error = copyin(conf->pc_dst, dst, dst_size);
 270         if (error)
 271                 goto failed;
 272
 273         for (i = 0; i < conf->pc_ndst; ++i) {
 274                 sin = &dst[i];
 275                 if (sin->sin_family != AF_INET) {
 276                         error = EPROTONOSUPPORT;
 277                         goto failed;
 278                 }
 279                 if (sin->sin_port == 0) {
 280                         error = EINVAL;
 281                         goto failed;
 282                 }
 283         }
 284
 285         ifp = ifunit(conf->pc_ifname);
 286         if (ifp == NULL) {
 287                 error = ENXIO;
 288                 goto failed;
 289         }
 290
 291         sa = &conf->pc_dst_lladdr;
 292         if (sa->sa_family != AF_LINK) {
 293                 error = EPROTONOSUPPORT;
 294                 goto failed;
 295         }
 296         if (sa->sa_len != ETHER_ADDR_LEN) {
 297                 error = EPROTONOSUPPORT;
 298                 goto failed;
 299         }
 300         if (ETHER_IS_MULTICAST(sa->sa_data) ||
 301             bcmp(sa->sa_data, ifp->if_broadcastaddr, ifp->if_addrlen) == 0) {
 302                 error = EADDRNOTAVAIL;
 303                 goto failed;
 304         }
 305
 306         /*
 307          * Accept the config
 308          */
 309         pktg->pktg_flags |= PKTG_F_CONFIG;
 310
 311         pktg->pktg_duration = conf->pc_duration;
 312         pktg->pktg_datalen = conf->pc_datalen;
 313         pktg->pktg_ifp = ifp;
 314         pktg->pktg_src = conf->pc_src;
 315         pktg->pktg_ndst = conf->pc_ndst;
 316         KKASSERT(pktg->pktg_dst == NULL);
 317         pktg->pktg_dst = dst;
 318         bcopy(sa->sa_data, pktg->pktg_dst_lladdr, ETHER_ADDR_LEN);
 319
 320         return 0;
 321
 322 failed:
 323         if (dst != NULL)
 324                 kfree(dst, M_PKTGEN);
 325         return error;
 326 }
 327
 328 static int
 329 pktgen_start(struct pktgen *pktg)
 330 {
 331         struct mbuf *m, *head = NULL, **next;
 332         struct ifnet *ifp;
 333         int cpuid, orig_cpuid, i, alloc_cnt, keep_cnt;
 334
 335         u_short ulen, psum;
 336         int len, ip_len;
 337
 338         if ((pktg->pktg_flags & PKTG_F_CONFIG) == 0)
 339                 return EINVAL;
 340         if (pktg->pktg_flags & PKTG_F_RUNNING)
 341                 return EBUSY;
 342         pktg->pktg_flags |= PKTG_F_RUNNING;
 343
 344         ifp = pktg->pktg_ifp;
 345
 346         orig_cpuid = mycpuid;
 347         cpuid = ifp->if_start_cpuid(ifp);
 348         if (cpuid != orig_cpuid)
 349                 lwkt_migratecpu(cpuid);
 350
 351         alloc_cnt = ifp->if_snd.ifq_maxlen * 2;
 352         keep_cnt = (ifp->if_snd.ifq_maxlen * 7) / 8;
 353
 354         /*
 355          * Prefault enough mbuf into mbuf objcache
 356          */
 357         next = &head;
 358         for (i = 0; i < alloc_cnt; ++i) {
 359                 MGETHDR(m, MB_WAIT, MT_DATA);
 360                 *next = m;
 361                 next = &m->m_nextpkt;
 362         }
 363
 364         for (i = 0; i < alloc_cnt - keep_cnt; ++i) {
 365                 m = head;
 366                 head = m->m_nextpkt;
 367                 m->m_nextpkt = NULL;
 368                 m_freem(m);
 369         }
 370         KKASSERT(head != NULL);
 371
 372         /*
 373          * Setup the packets' data
 374          */
 375         ip_len = pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udpiphdr);
 376         len = ip_len + ETHER_HDR_LEN;
 377
 378         psum = htons((u_short)pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udphdr) +
 379             IPPROTO_UDP);
 380         ulen = htons(pktg->pktg_datalen + sizeof(struct udphdr));
 381
 382         m = head;
 383         i = 0;
 384         while (m != NULL) {
 385                 struct mbuf *nextm;
 386                 const struct sockaddr_in *dst;
 387                 struct pktgen_buf *pb;
 388                 struct ip *ip;
 389                 struct udpiphdr *ui;
 390                 struct ether_header *eh;
 391
 392                 pktg->pktg_refcnt++;
 393                 pktgen_refcnt++;
 394
 395                 pb = kmalloc(sizeof(*pb), M_PKTGEN, M_WAITOK | M_ZERO);
 396                 pb->pb_ifp = ifp;
 397                 pb->pb_inuse = 1;
 398                 pb->pb_buf = kmalloc(PKTGEN_BUFSZ, M_PKTGEN, M_WAITOK);
 399                 pb->pb_len = len;
 400                 pb->pb_cpuid = cpuid;
 401                 pb->pb_pktg = pktg;
 402                 netmsg_init(&pb->pb_nmsg, NULL, &netisr_adone_rport, 0,
 403                     pktgen_buf_send);
 404                 LIST_INSERT_HEAD(&pktg->pktg_buflist, pb, pb_link);
 405
 406                 dst = &pktg->pktg_dst[i % pktg->pktg_ndst];
 407                 ++i;
 408
 409                 m->m_ext.ext_arg = pb;
 410                 m->m_ext.ext_buf = pb->pb_buf;
 411                 m->m_ext.ext_free = pktgen_buf_free;
 412                 m->m_ext.ext_ref = pktgen_buf_ref;
 413                 m->m_ext.ext_size = PKTGEN_BUFSZ;
 414
 415                 m->m_data = m->m_ext.ext_buf;
 416                 m->m_flags |= M_EXT;
 417                 m->m_len = m->m_pkthdr.len = len;
 418
 419                 m->m_data += ETHER_HDR_LEN;
 420                 m->m_len -= ETHER_HDR_LEN;
 421                 m->m_pkthdr.len -= ETHER_HDR_LEN;
 422
 423                 ui = mtod(m, struct udpiphdr *);
 424                 ui->ui_pr = IPPROTO_UDP;
 425                 ui->ui_src.s_addr = pktg->pktg_src.sin_addr.s_addr;
 426                 ui->ui_dst.s_addr = dst->sin_addr.s_addr;
 427                 ui->ui_sport = pktg->pktg_src.sin_port;
 428                 ui->ui_dport = dst->sin_port;
 429                 ui->ui_ulen = ulen;
 430                 ui->ui_sum = in_pseudo(ui->ui_src.s_addr, ui->ui_dst.s_addr,
 431                     psum);
 432                 m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct udphdr, uh_sum);
 433
 434                 ip = (struct ip *)ui;
 435                 ip->ip_len = ip_len;
 436                 ip->ip_ttl = 64;        /* XXX */
 437                 ip->ip_tos = 0;         /* XXX */
 438                 ip->ip_vhl = IP_VHL_BORING;
 439                 ip->ip_off = 0;
 440                 ip->ip_sum = 0;
 441                 ip->ip_id = ip_newid();
 442
 443                 in_delayed_cksum(m);
 444
 445                 ip->ip_len = htons(ip->ip_len);
 446                 ip->ip_sum = in_cksum_hdr(ip);
 447
 448                 m->m_data -= ETHER_HDR_LEN;
 449                 m->m_len += ETHER_HDR_LEN;
 450                 m->m_pkthdr.len += ETHER_HDR_LEN;
 451
 452                 eh = mtod(m, struct ether_header *);
 453                 bcopy(pktg->pktg_dst_lladdr, eh->ether_dhost, ETHER_ADDR_LEN);
 454                 bcopy(IF_LLADDR(ifp), eh->ether_shost, ETHER_ADDR_LEN);
 455                 eh->ether_type = htons(ETHERTYPE_IP);
 456
 457                 nextm = m->m_nextpkt;
 458                 m->m_nextpkt = NULL;
 459
 460                 ifq_dispatch(ifp, m, NULL);
 461
 462                 m = nextm;
 463         }
 464
 465         callout_reset(&pktg->pktg_stop, pktg->pktg_duration * hz,
 466             pktgen_stop_cb, pktg);
 467
 468         if (cpuid != orig_cpuid)
 469                 lwkt_migratecpu(orig_cpuid);
 470
 471         return 0;
 472 }
 473
 474 static void
 475 pktgen_mbuf(struct pktgen_buf *pb, struct mbuf *m)
 476 {
 477         m->m_ext.ext_arg = pb;
 478         m->m_ext.ext_buf = pb->pb_buf;
 479         m->m_ext.ext_free = pktgen_buf_free;
 480         m->m_ext.ext_ref = pktgen_buf_ref;
 481         m->m_ext.ext_size = PKTGEN_BUFSZ;
 482
 483         m->m_data = m->m_ext.ext_buf;
 484         m->m_flags |= M_EXT;
 485         m->m_len = m->m_pkthdr.len = pb->pb_len;
 486 }
 487
 488 static void
 489 pktgen_buf_send(netmsg_t msg)
 490 {
 491         struct pktgen_buf *pb = (struct pktgen_buf *)msg;
 492         struct mbuf *m;
 493
 494         KKASSERT(&curthread->td_msgport == netisr_portfn(pb->pb_cpuid));
 495
 496         crit_enter();
 497         lwkt_replymsg(&pb->pb_nmsg.lmsg, 0);
 498         crit_exit();
 499
 500         MGETHDR(m, MB_WAIT, MT_DATA);
 501         pktgen_mbuf(pb, m);
 502         ifq_dispatch(pb->pb_ifp, m, NULL);
 503 }
 504
 505 static void
 506 pktgen_buf_free(void *arg)
 507 {
 508         struct pktgen_buf *pb = arg;
 509         struct mbuf *m;
 510
 511         KKASSERT(pb->pb_inuse > 0);
 512         if (pb->pb_done) {
 513                 if (atomic_fetchadd_int(&pb->pb_inuse, -1) == 1) {
 514                         struct pktgen *pktg;
 515
 516                         lwkt_gettoken(&pktgen_tok);
 517
 518                         pktg = pb->pb_pktg;
 519                         LIST_REMOVE(pb, pb_link);
 520                         kfree(pb->pb_buf, M_PKTGEN);
 521                         kfree(pb, M_PKTGEN);
 522
 523                         pktgen_free(pktg);
 524
 525                         lwkt_reltoken(&pktgen_tok);
 526                 }
 527                 return;
 528         }
 529
 530         if (&curthread->td_msgport != netisr_portfn(pb->pb_cpuid)) {
 531                 KKASSERT(pb->pb_cpuid == mycpuid);
 532                 crit_enter();
 533                 KKASSERT(pb->pb_nmsg.lmsg.ms_flags & MSGF_DONE);
 534                 lwkt_sendmsg(netisr_portfn(pb->pb_cpuid), &pb->pb_nmsg.lmsg);
 535                 crit_exit();
 536                 return;
 537         }
 538
 539         MGETHDR(m, MB_WAIT, MT_DATA);
 540         pktgen_mbuf(pb, m);
 541         ifq_enqueue(&pb->pb_ifp->if_snd, m, NULL);
 542 }
 543
 544 static void
 545 pktgen_buf_ref(void *arg)
 546 {
 547         struct pktgen_buf *pb = arg;
 548
 549         panic("%s should never be called\n", __func__);
 550
 551         KKASSERT(pb->pb_inuse > 0);
 552         atomic_add_int(&pb->pb_inuse, 1);
 553 }
 554
 555 static void
 556 pktgen_free(struct pktgen *pktg)
 557 {
 558         KKASSERT(pktg->pktg_refcnt > 0);
 559         if (--pktg->pktg_refcnt == 0) {
 560                 if (pktg->pktg_dst != NULL)
 561                         kfree(pktg->pktg_dst, M_PKTGEN);
 562                 KKASSERT(LIST_EMPTY(&pktg->pktg_buflist));
 563                 kfree(pktg, M_PKTGEN);
 564         }
 565
 566         KKASSERT(pktgen_refcnt > 0);
 567         pktgen_refcnt--;
 568 }
 569
 570 static void
 571 pktgen_stop_cb(void *arg)
 572 {
 573         struct pktgen *pktg = arg;
 574         struct pktgen_buf *pb;
 575
 576         lwkt_gettoken(&pktgen_tok);
 577         LIST_FOREACH(pb, &pktg->pktg_buflist, pb_link)
 578                 pb->pb_done = 1;
 579         lwkt_reltoken(&pktgen_tok);
 580 }