intel_iommu: switching the rest DPRINTF to trace
[qemu/ar7.git] / docs / specs / vhost-user.txt
blob481ab56e355eec46818d9766015baeb73344c9e0
1 Vhost-user Protocol
2 ===================
4 Copyright (c) 2014 Virtual Open Systems Sarl.
6 This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.
7 See the COPYING file in the top-level directory.
8 ===================
10 This protocol is aiming to complement the ioctl interface used to control the
11 vhost implementation in the Linux kernel. It implements the control plane needed
12 to establish virtqueue sharing with a user space process on the same host. It
13 uses communication over a Unix domain socket to share file descriptors in the
14 ancillary data of the message.
16 The protocol defines 2 sides of the communication, master and slave. Master is
17 the application that shares its virtqueues, in our case QEMU. Slave is the
18 consumer of the virtqueues.
20 In the current implementation QEMU is the Master, and the Slave is intended to
21 be a software Ethernet switch running in user space, such as Snabbswitch.
23 Master and slave can be either a client (i.e. connecting) or server (listening)
24 in the socket communication.
26 Message Specification
27 ---------------------
29 Note that all numbers are in the machine native byte order. A vhost-user message
30 consists of 3 header fields and a payload:
32 ------------------------------------
33 | request | flags | size | payload |
34 ------------------------------------
36  * Request: 32-bit type of the request
37  * Flags: 32-bit bit field:
38    - Lower 2 bits are the version (currently 0x01)
39    - Bit 2 is the reply flag - needs to be sent on each reply from the slave
40    - Bit 3 is the need_reply flag - see VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK for
41      details.
42  * Size - 32-bit size of the payload
45 Depending on the request type, payload can be:
47  * A single 64-bit integer
48    -------
49    | u64 |
50    -------
52    u64: a 64-bit unsigned integer
54  * A vring state description
55    ---------------
56   | index | num |
57   ---------------
59    Index: a 32-bit index
60    Num: a 32-bit number
62  * A vring address description
63    --------------------------------------------------------------
64    | index | flags | size | descriptor | used | available | log |
65    --------------------------------------------------------------
67    Index: a 32-bit vring index
68    Flags: a 32-bit vring flags
69    Descriptor: a 64-bit user address of the vring descriptor table
70    Used: a 64-bit user address of the vring used ring
71    Available: a 64-bit user address of the vring available ring
72    Log: a 64-bit guest address for logging
74  * Memory regions description
75    ---------------------------------------------------
76    | num regions | padding | region0 | ... | region7 |
77    ---------------------------------------------------
79    Num regions: a 32-bit number of regions
80    Padding: 32-bit
82    A region is:
83    -----------------------------------------------------
84    | guest address | size | user address | mmap offset |
85    -----------------------------------------------------
87    Guest address: a 64-bit guest address of the region
88    Size: a 64-bit size
89    User address: a 64-bit user address
90    mmap offset: 64-bit offset where region starts in the mapped memory
92 * Log description
93    ---------------------------
94    | log size | log offset |
95    ---------------------------
96    log size: size of area used for logging
97    log offset: offset from start of supplied file descriptor
98        where logging starts (i.e. where guest address 0 would be logged)
100  * An IOTLB message
101    ---------------------------------------------------------
102    | iova | size | user address | permissions flags | type |
103    ---------------------------------------------------------
105    IOVA: a 64-bit I/O virtual address programmed by the guest
106    Size: a 64-bit size
107    User address: a 64-bit user address
108    Permissions: a 8-bit value:
109     - 0: No access
110     - 1: Read access
111     - 2: Write access
112     - 3: Read/Write access
113    Type: a 8-bit IOTLB message type:
114     - 1: IOTLB miss
115     - 2: IOTLB update
116     - 3: IOTLB invalidate
117     - 4: IOTLB access fail
119 In QEMU the vhost-user message is implemented with the following struct:
121 typedef struct VhostUserMsg {
122     VhostUserRequest request;
123     uint32_t flags;
124     uint32_t size;
125     union {
126         uint64_t u64;
127         struct vhost_vring_state state;
128         struct vhost_vring_addr addr;
129         VhostUserMemory memory;
130         VhostUserLog log;
131         struct vhost_iotlb_msg iotlb;
132     };
133 } QEMU_PACKED VhostUserMsg;
135 Communication
136 -------------
138 The protocol for vhost-user is based on the existing implementation of vhost
139 for the Linux Kernel. Most messages that can be sent via the Unix domain socket
140 implementing vhost-user have an equivalent ioctl to the kernel implementation.
142 The communication consists of master sending message requests and slave sending
143 message replies. Most of the requests don't require replies. Here is a list of
144 the ones that do:
146  * VHOST_USER_GET_FEATURES
147  * VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES
148  * VHOST_USER_GET_VRING_BASE
149  * VHOST_USER_SET_LOG_BASE (if VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD)
151 [ Also see the section on REPLY_ACK protocol extension. ]
153 There are several messages that the master sends with file descriptors passed
154 in the ancillary data:
156  * VHOST_USER_SET_MEM_TABLE
157  * VHOST_USER_SET_LOG_BASE (if VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD)
158  * VHOST_USER_SET_LOG_FD
159  * VHOST_USER_SET_VRING_KICK
160  * VHOST_USER_SET_VRING_CALL
161  * VHOST_USER_SET_VRING_ERR
162  * VHOST_USER_SET_SLAVE_REQ_FD
164 If Master is unable to send the full message or receives a wrong reply it will
165 close the connection. An optional reconnection mechanism can be implemented.
167 Any protocol extensions are gated by protocol feature bits,
168 which allows full backwards compatibility on both master
169 and slave.
170 As older slaves don't support negotiating protocol features,
171 a feature bit was dedicated for this purpose:
172 #define VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES 30
174 Starting and stopping rings
175 ----------------------
176 Client must only process each ring when it is started.
178 Client must only pass data between the ring and the
179 backend, when the ring is enabled.
181 If ring is started but disabled, client must process the
182 ring without talking to the backend.
184 For example, for a networking device, in the disabled state
185 client must not supply any new RX packets, but must process
186 and discard any TX packets.
188 If VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES has not been negotiated, the ring is initialized
189 in an enabled state.
191 If VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES has been negotiated, the ring is initialized
192 in a disabled state. Client must not pass data to/from the backend until ring is enabled by
193 VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE with parameter 1, or after it has been disabled by
194 VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE with parameter 0.
196 Each ring is initialized in a stopped state, client must not process it until
197 ring is started, or after it has been stopped.
199 Client must start ring upon receiving a kick (that is, detecting that file
200 descriptor is readable) on the descriptor specified by
201 VHOST_USER_SET_VRING_KICK, and stop ring upon receiving
202 VHOST_USER_GET_VRING_BASE.
204 While processing the rings (whether they are enabled or not), client must
205 support changing some configuration aspects on the fly.
207 Multiple queue support
208 ----------------------
210 Multiple queue is treated as a protocol extension, hence the slave has to
211 implement protocol features first. The multiple queues feature is supported
212 only when the protocol feature VHOST_USER_PROTOCOL_F_MQ (bit 0) is set.
214 The max number of queues the slave supports can be queried with message
215 VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES. Master should stop when the number of
216 requested queues is bigger than that.
218 As all queues share one connection, the master uses a unique index for each
219 queue in the sent message to identify a specified queue. One queue pair
220 is enabled initially. More queues are enabled dynamically, by sending
221 message VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE.
223 Migration
224 ---------
226 During live migration, the master may need to track the modifications
227 the slave makes to the memory mapped regions. The client should mark
228 the dirty pages in a log. Once it complies to this logging, it may
229 declare the VHOST_F_LOG_ALL vhost feature.
231 To start/stop logging of data/used ring writes, server may send messages
232 VHOST_USER_SET_FEATURES with VHOST_F_LOG_ALL and VHOST_USER_SET_VRING_ADDR with
233 VHOST_VRING_F_LOG in ring's flags set to 1/0, respectively.
235 All the modifications to memory pointed by vring "descriptor" should
236 be marked. Modifications to "used" vring should be marked if
237 VHOST_VRING_F_LOG is part of ring's flags.
239 Dirty pages are of size:
240 #define VHOST_LOG_PAGE 0x1000
242 The log memory fd is provided in the ancillary data of
243 VHOST_USER_SET_LOG_BASE message when the slave has
244 VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD protocol feature.
246 The size of the log is supplied as part of VhostUserMsg
247 which should be large enough to cover all known guest
248 addresses. Log starts at the supplied offset in the
249 supplied file descriptor.
250 The log covers from address 0 to the maximum of guest
251 regions. In pseudo-code, to mark page at "addr" as dirty:
253 page = addr / VHOST_LOG_PAGE
254 log[page / 8] |= 1 << page % 8
256 Where addr is the guest physical address.
258 Use atomic operations, as the log may be concurrently manipulated.
260 Note that when logging modifications to the used ring (when VHOST_VRING_F_LOG
261 is set for this ring), log_guest_addr should be used to calculate the log
262 offset: the write to first byte of the used ring is logged at this offset from
263 log start. Also note that this value might be outside the legal guest physical
264 address range (i.e. does not have to be covered by the VhostUserMemory table),
265 but the bit offset of the last byte of the ring must fall within
266 the size supplied by VhostUserLog.
268 VHOST_USER_SET_LOG_FD is an optional message with an eventfd in
269 ancillary data, it may be used to inform the master that the log has
270 been modified.
272 Once the source has finished migration, rings will be stopped by
273 the source. No further update must be done before rings are
274 restarted.
276 IOMMU support
277 -------------
279 When the VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM feature has been negotiated, the master
280 sends IOTLB entries update & invalidation by sending VHOST_USER_IOTLB_MSG
281 requests to the slave with a struct vhost_iotlb_msg as payload. For update
282 events, the iotlb payload has to be filled with the update message type (2),
283 the I/O virtual address, the size, the user virtual address, and the
284 permissions flags. Addresses and size must be within vhost memory regions set
285 via the VHOST_USER_SET_MEM_TABLE request. For invalidation events, the iotlb
286 payload has to be filled with the invalidation message type (3), the I/O virtual
287 address and the size. On success, the slave is expected to reply with a zero
288 payload, non-zero otherwise.
290 The slave relies on the slave communcation channel (see "Slave communication"
291 section below) to send IOTLB miss and access failure events, by sending
292 VHOST_USER_SLAVE_IOTLB_MSG requests to the master with a struct vhost_iotlb_msg
293 as payload. For miss events, the iotlb payload has to be filled with the miss
294 message type (1), the I/O virtual address and the permissions flags. For access
295 failure event, the iotlb payload has to be filled with the access failure
296 message type (4), the I/O virtual address and the permissions flags.
297 For synchronization purpose, the slave may rely on the reply-ack feature,
298 so the master may send a reply when operation is completed if the reply-ack
299 feature is negotiated and slaves requests a reply. For miss events, completed
300 operation means either master sent an update message containing the IOTLB entry
301 containing requested address and permission, or master sent nothing if the IOTLB
302 miss message is invalid (invalid IOVA or permission).
304 The master isn't expected to take the initiative to send IOTLB update messages,
305 as the slave sends IOTLB miss messages for the guest virtual memory areas it
306 needs to access.
308 Slave communication
309 -------------------
311 An optional communication channel is provided if the slave declares
312 VHOST_USER_PROTOCOL_F_SLAVE_REQ protocol feature, to allow the slave to make
313 requests to the master.
315 The fd is provided via VHOST_USER_SET_SLAVE_REQ_FD ancillary data.
317 A slave may then send VHOST_USER_SLAVE_* messages to the master
318 using this fd communication channel.
320 Protocol features
321 -----------------
323 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_MQ             0
324 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD      1
325 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_RARP           2
326 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK      3
327 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_MTU            4
328 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_SLAVE_REQ      5
330 Master message types
331 --------------------
333  * VHOST_USER_GET_FEATURES
335       Id: 1
336       Equivalent ioctl: VHOST_GET_FEATURES
337       Master payload: N/A
338       Slave payload: u64
340       Get from the underlying vhost implementation the features bitmask.
341       Feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES signals slave support for
342       VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES and VHOST_USER_SET_PROTOCOL_FEATURES.
344  * VHOST_USER_SET_FEATURES
346       Id: 2
347       Ioctl: VHOST_SET_FEATURES
348       Master payload: u64
350       Enable features in the underlying vhost implementation using a bitmask.
351       Feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES signals slave support for
352       VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES and VHOST_USER_SET_PROTOCOL_FEATURES.
354  * VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES
356       Id: 15
357       Equivalent ioctl: VHOST_GET_FEATURES
358       Master payload: N/A
359       Slave payload: u64
361       Get the protocol feature bitmask from the underlying vhost implementation.
362       Only legal if feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
363       VHOST_USER_GET_FEATURES.
364       Note: slave that reported VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES must support
365       this message even before VHOST_USER_SET_FEATURES was called.
367  * VHOST_USER_SET_PROTOCOL_FEATURES
369       Id: 16
370       Ioctl: VHOST_SET_FEATURES
371       Master payload: u64
373       Enable protocol features in the underlying vhost implementation.
374       Only legal if feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
375       VHOST_USER_GET_FEATURES.
376       Note: slave that reported VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES must support
377       this message even before VHOST_USER_SET_FEATURES was called.
379  * VHOST_USER_SET_OWNER
381       Id: 3
382       Equivalent ioctl: VHOST_SET_OWNER
383       Master payload: N/A
385       Issued when a new connection is established. It sets the current Master
386       as an owner of the session. This can be used on the Slave as a
387       "session start" flag.
389  * VHOST_USER_RESET_OWNER
391       Id: 4
392       Master payload: N/A
394       This is no longer used. Used to be sent to request disabling
395       all rings, but some clients interpreted it to also discard
396       connection state (this interpretation would lead to bugs).
397       It is recommended that clients either ignore this message,
398       or use it to disable all rings.
400  * VHOST_USER_SET_MEM_TABLE
402       Id: 5
403       Equivalent ioctl: VHOST_SET_MEM_TABLE
404       Master payload: memory regions description
406       Sets the memory map regions on the slave so it can translate the vring
407       addresses. In the ancillary data there is an array of file descriptors
408       for each memory mapped region. The size and ordering of the fds matches
409       the number and ordering of memory regions.
411  * VHOST_USER_SET_LOG_BASE
413       Id: 6
414       Equivalent ioctl: VHOST_SET_LOG_BASE
415       Master payload: u64
416       Slave payload: N/A
418       Sets logging shared memory space.
419       When slave has VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD protocol
420       feature, the log memory fd is provided in the ancillary data of
421       VHOST_USER_SET_LOG_BASE message, the size and offset of shared
422       memory area provided in the message.
425  * VHOST_USER_SET_LOG_FD
427       Id: 7
428       Equivalent ioctl: VHOST_SET_LOG_FD
429       Master payload: N/A
431       Sets the logging file descriptor, which is passed as ancillary data.
433  * VHOST_USER_SET_VRING_NUM
435       Id: 8
436       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_NUM
437       Master payload: vring state description
439       Set the size of the queue.
441  * VHOST_USER_SET_VRING_ADDR
443       Id: 9
444       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_ADDR
445       Master payload: vring address description
446       Slave payload: N/A
448       Sets the addresses of the different aspects of the vring.
450  * VHOST_USER_SET_VRING_BASE
452       Id: 10
453       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_BASE
454       Master payload: vring state description
456       Sets the base offset in the available vring.
458  * VHOST_USER_GET_VRING_BASE
460       Id: 11
461       Equivalent ioctl: VHOST_USER_GET_VRING_BASE
462       Master payload: vring state description
463       Slave payload: vring state description
465       Get the available vring base offset.
467  * VHOST_USER_SET_VRING_KICK
469       Id: 12
470       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_KICK
471       Master payload: u64
473       Set the event file descriptor for adding buffers to the vring. It
474       is passed in the ancillary data.
475       Bits (0-7) of the payload contain the vring index. Bit 8 is the
476       invalid FD flag. This flag is set when there is no file descriptor
477       in the ancillary data. This signals that polling should be used
478       instead of waiting for a kick.
480  * VHOST_USER_SET_VRING_CALL
482       Id: 13
483       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_CALL
484       Master payload: u64
486       Set the event file descriptor to signal when buffers are used. It
487       is passed in the ancillary data.
488       Bits (0-7) of the payload contain the vring index. Bit 8 is the
489       invalid FD flag. This flag is set when there is no file descriptor
490       in the ancillary data. This signals that polling will be used
491       instead of waiting for the call.
493  * VHOST_USER_SET_VRING_ERR
495       Id: 14
496       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_ERR
497       Master payload: u64
499       Set the event file descriptor to signal when error occurs. It
500       is passed in the ancillary data.
501       Bits (0-7) of the payload contain the vring index. Bit 8 is the
502       invalid FD flag. This flag is set when there is no file descriptor
503       in the ancillary data.
505  * VHOST_USER_GET_QUEUE_NUM
507       Id: 17
508       Equivalent ioctl: N/A
509       Master payload: N/A
510       Slave payload: u64
512       Query how many queues the backend supports. This request should be
513       sent only when VHOST_USER_PROTOCOL_F_MQ is set in queried protocol
514       features by VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
516  * VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE
518       Id: 18
519       Equivalent ioctl: N/A
520       Master payload: vring state description
522       Signal slave to enable or disable corresponding vring.
523       This request should be sent only when VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES
524       has been negotiated.
526  * VHOST_USER_SEND_RARP
528       Id: 19
529       Equivalent ioctl: N/A
530       Master payload: u64
532       Ask vhost user backend to broadcast a fake RARP to notify the migration
533       is terminated for guest that does not support GUEST_ANNOUNCE.
534       Only legal if feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
535       VHOST_USER_GET_FEATURES and protocol feature bit VHOST_USER_PROTOCOL_F_RARP
536       is present in VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
537       The first 6 bytes of the payload contain the mac address of the guest to
538       allow the vhost user backend to construct and broadcast the fake RARP.
540  * VHOST_USER_NET_SET_MTU
542       Id: 20
543       Equivalent ioctl: N/A
544       Master payload: u64
546       Set host MTU value exposed to the guest.
547       This request should be sent only when VIRTIO_NET_F_MTU feature has been
548       successfully negotiated, VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
549       VHOST_USER_GET_FEATURES and protocol feature bit
550       VHOST_USER_PROTOCOL_F_NET_MTU is present in
551       VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
552       If VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK is negotiated, slave must respond
553       with zero in case the specified MTU is valid, or non-zero otherwise.
555  * VHOST_USER_SET_SLAVE_REQ_FD
557       Id: 21
558       Equivalent ioctl: N/A
559       Master payload: N/A
561       Set the socket file descriptor for slave initiated requests. It is passed
562       in the ancillary data.
563       This request should be sent only when VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES
564       has been negotiated, and protocol feature bit VHOST_USER_PROTOCOL_F_SLAVE_REQ
565       bit is present in VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
566       If VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK is negotiated, slave must respond
567       with zero for success, non-zero otherwise.
569  * VHOST_USER_IOTLB_MSG
571       Id: 22
572       Equivalent ioctl: N/A (equivalent to VHOST_IOTLB_MSG message type)
573       Master payload: struct vhost_iotlb_msg
574       Slave payload: u64
576       Send IOTLB messages with struct vhost_iotlb_msg as payload.
577       Master sends such requests to update and invalidate entries in the device
578       IOTLB. The slave has to acknowledge the request with sending zero as u64
579       payload for success, non-zero otherwise.
580       This request should be send only when VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM feature
581       has been successfully negotiated.
583 Slave message types
584 -------------------
586  * VHOST_USER_SLAVE_IOTLB_MSG
588       Id: 1
589       Equivalent ioctl: N/A (equivalent to VHOST_IOTLB_MSG message type)
590       Slave payload: struct vhost_iotlb_msg
591       Master payload: N/A
593       Send IOTLB messages with struct vhost_iotlb_msg as payload.
594       Slave sends such requests to notify of an IOTLB miss, or an IOTLB
595       access failure. If VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK is negotiated,
596       and slave set the VHOST_USER_NEED_REPLY flag, master must respond with
597       zero when operation is successfully completed, or non-zero otherwise.
598       This request should be send only when VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM feature
599       has been successfully negotiated.
601 VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK:
602 -------------------------------
603 The original vhost-user specification only demands replies for certain
604 commands. This differs from the vhost protocol implementation where commands
605 are sent over an ioctl() call and block until the client has completed.
607 With this protocol extension negotiated, the sender (QEMU) can set the
608 "need_reply" [Bit 3] flag to any command. This indicates that
609 the client MUST respond with a Payload VhostUserMsg indicating success or
610 failure. The payload should be set to zero on success or non-zero on failure,
611 unless the message already has an explicit reply body.
613 The response payload gives QEMU a deterministic indication of the result
614 of the command. Today, QEMU is expected to terminate the main vhost-user
615 loop upon receiving such errors. In future, qemu could be taught to be more
616 resilient for selective requests.
618 For the message types that already solicit a reply from the client, the
619 presence of VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK or need_reply bit being set brings
620 no behavioural change. (See the 'Communication' section for details.)