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[qemu/ar7.git] / docs / devel / writing-monitor-commands.rst
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1 How to write monitor commands
2 =============================
4 This document is a step-by-step guide on how to write new QMP commands using
5 the QAPI framework and HMP commands.
7 This document doesn't discuss QMP protocol level details, nor does it dive
8 into the QAPI framework implementation.
10 For an in-depth introduction to the QAPI framework, please refer to
11 :doc:`qapi-code-gen`.  For the QMP protocol, see the
12 :doc:`/interop/qmp-spec`.
14 New commands may be implemented in QMP only.  New HMP commands should be
15 implemented on top of QMP.  The typical HMP command wraps around an
16 equivalent QMP command, but HMP convenience commands built from QMP
17 building blocks are also fine.  The long term goal is to make all
18 existing HMP commands conform to this, to fully isolate HMP from the
19 internals of QEMU. Refer to the `Writing a debugging aid returning
20 unstructured text`_ section for further guidance on commands that
21 would have traditionally been HMP only.
23 Overview
24 --------
26 Generally speaking, the following steps should be taken in order to write a
27 new QMP command.
29 1. Define the command and any types it needs in the appropriate QAPI
30    schema module.
32 2. Write the QMP command itself, which is a regular C function. Preferably,
33    the command should be exported by some QEMU subsystem. But it can also be
34    added to the monitor/qmp-cmds.c file
36 3. At this point the command can be tested under the QMP protocol
38 4. Write the HMP command equivalent. This is not required and should only be
39    done if it does make sense to have the functionality in HMP. The HMP command
40    is implemented in terms of the QMP command
42 The following sections will demonstrate each of the steps above. We will start
43 very simple and get more complex as we progress.
46 Testing
47 -------
49 For all the examples in the next sections, the test setup is the same and is
50 shown here.
52 First, QEMU should be started like this::
54  # qemu-system-TARGET [...] \
55      -chardev socket,id=qmp,port=4444,host=localhost,server=on \
56      -mon chardev=qmp,mode=control,pretty=on
58 Then, in a different terminal::
60  $ telnet localhost 4444
61  Trying 127.0.0.1...
62  Connected to localhost.
63  Escape character is '^]'.
64  {
65      "QMP": {
66          "version": {
67              "qemu": {
68                  "micro": 50,
69                  "minor": 2,
70                  "major": 8
71              },
72              "package": ...
73          },
74          "capabilities": [
75              "oob"
76          ]
77      }
78  }
80 The above output is the QMP server saying you're connected. The server is
81 actually in capabilities negotiation mode. To enter in command mode type::
83  { "execute": "qmp_capabilities" }
85 Then the server should respond::
87  {
88      "return": {
89      }
90  }
92 Which is QMP's way of saying "the latest command executed OK and didn't return
93 any data". Now you're ready to enter the QMP example commands as explained in
94 the following sections.
97 Writing a simple command: hello-world
98 -------------------------------------
100 That's the most simple QMP command that can be written. Usually, this kind of
101 command carries some meaningful action in QEMU but here it will just print
102 "Hello, world" to the standard output.
104 Our command will be called "hello-world". It takes no arguments, nor does it
105 return any data.
107 The first step is defining the command in the appropriate QAPI schema
108 module.  We pick module qapi/misc.json, and add the following line at
109 the bottom::
111  ##
112  # @hello-world:
114  # Since: 9.0
115  ##
116  { 'command': 'hello-world' }
118 The "command" keyword defines a new QMP command. It instructs QAPI to
119 generate any prototypes and the necessary code to marshal and unmarshal
120 protocol data.
122 The next step is to write the "hello-world" implementation. As explained
123 earlier, it's preferable for commands to live in QEMU subsystems. But
124 "hello-world" doesn't pertain to any, so we put its implementation in
125 monitor/qmp-cmds.c::
127  void qmp_hello_world(Error **errp)
129      printf("Hello, world!\n");
132 There are a few things to be noticed:
134 1. QMP command implementation functions must be prefixed with "qmp\_"
135 2. qmp_hello_world() returns void, this is in accordance with the fact that the
136    command doesn't return any data
137 3. It takes an "Error \*\*" argument. This is required. Later we will see how to
138    return errors and take additional arguments. The Error argument should not
139    be touched if the command doesn't return errors
140 4. We won't add the function's prototype. That's automatically done by QAPI
141 5. Printing to the terminal is discouraged for QMP commands, we do it here
142    because it's the easiest way to demonstrate a QMP command
144 You're done. Now build QEMU, run it as suggested in the "Testing" section,
145 and then type the following QMP command::
147  { "execute": "hello-world" }
149 Then check the terminal running QEMU and look for the "Hello, world" string. If
150 you don't see it then something went wrong.
153 Arguments
154 ~~~~~~~~~
156 Let's add arguments to our "hello-world" command.
158 The first change we have to do is to modify the command specification in the
159 schema file to the following::
161  ##
162  # @hello-world:
164  # @message: message to be printed (default: "Hello, world!")
166  # @times: how many times to print the message (default: 1)
168  # Since: 9.0
169  ##
170  { 'command': 'hello-world',
171    'data': { '*message': 'str', '*times': 'int' } }
173 Notice the new 'data' member in the schema. It specifies an argument
174 'message' of QAPI type 'str', and an argument 'times' of QAPI type
175 'int'.  Also notice the asterisk, it's used to mark the argument
176 optional.
178 Now, let's update our C implementation in monitor/qmp-cmds.c::
180  void qmp_hello_world(const char *message, bool has_times, int64_t times,
181                       Error **errp)
183      if (!message) {
184          message = "Hello, world";
185      }
186      if (!has_times) {
187          times = 1;
188      }
190      for (int i = 0; i < times; i++) {
191          printf("%s\n", message);
192      }
195 There are two important details to be noticed:
197 1. Optional arguments other than pointers are accompanied by a 'has\_'
198    boolean, which is set if the optional argument is present or false
199    otherwise
200 2. The C implementation signature must follow the schema's argument ordering,
201    which is defined by the "data" member
203 Time to test our new version of the "hello-world" command. Build QEMU, run it as
204 described in the "Testing" section and then send two commands::
206  { "execute": "hello-world" }
208      "return": {
209      }
212  { "execute": "hello-world", "arguments": { "message": "We love QEMU" } }
214      "return": {
215      }
218 You should see "Hello, world" and "We love QEMU" in the terminal running QEMU,
219 if you don't see these strings, then something went wrong.
222 Errors
223 ~~~~~~
225 QMP commands should use the error interface exported by the error.h header
226 file. Basically, most errors are set by calling the error_setg() function.
228 Let's say we don't accept the string "message" to contain the word "love". If
229 it does contain it, we want the "hello-world" command to return an error::
231  void qmp_hello_world(const char *message, Error **errp)
233      if (message) {
234          if (strstr(message, "love")) {
235              error_setg(errp, "the word 'love' is not allowed");
236              return;
237          }
238          printf("%s\n", message);
239      } else {
240          printf("Hello, world\n");
241      }
244 The first argument to the error_setg() function is the Error pointer
245 to pointer, which is passed to all QMP functions. The next argument is a human
246 description of the error, this is a free-form printf-like string.
248 Let's test the example above. Build QEMU, run it as defined in the "Testing"
249 section, and then issue the following command::
251  { "execute": "hello-world", "arguments": { "message": "all you need is love" } }
253 The QMP server's response should be::
256      "error": {
257          "class": "GenericError",
258          "desc": "the word 'love' is not allowed"
259      }
262 Note that error_setg() produces a "GenericError" class.  In general,
263 all QMP errors should have that error class.  There are two exceptions
264 to this rule:
266  1. To support a management application's need to recognize a specific
267     error for special handling
269  2. Backward compatibility
271 If the failure you want to report falls into one of the two cases above,
272 use error_set() with a second argument of an ErrorClass value.
275 Implementing the HMP command
276 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
278 Now that the QMP command is in place, we can also make it available in the human
279 monitor (HMP).
281 With the introduction of QAPI, HMP commands make QMP calls. Most of the
282 time HMP commands are simple wrappers.
284 Here's the implementation of the "hello-world" HMP command::
286  void hmp_hello_world(Monitor *mon, const QDict *qdict)
288      const char *message = qdict_get_try_str(qdict, "message");
289      Error *err = NULL;
291      qmp_hello_world(!!message, message, &err);
292      if (hmp_handle_error(mon, err)) {
293          return;
294      }
297 Add it to monitor/hmp-cmds.c.  Also, add its prototype to
298 include/monitor/hmp.h.
300 There are four important points to be noticed:
302 1. The "mon" and "qdict" arguments are mandatory for all HMP functions. The
303    former is the monitor object. The latter is how the monitor passes
304    arguments entered by the user to the command implementation
305 2. We chose not to support the "times" argument in HMP
306 3. hmp_hello_world() performs error checking. In this example we just call
307    hmp_handle_error() which prints a message to the user, but we could do
308    more, like taking different actions depending on the error
309    qmp_hello_world() returns
310 4. The "err" variable must be initialized to NULL before performing the
311    QMP call
313 There's one last step to actually make the command available to monitor users,
314 we should add it to the hmp-commands.hx file::
316     {
317         .name       = "hello-world",
318         .args_type  = "message:s?",
319         .params     = "hello-world [message]",
320         .help       = "Print message to the standard output",
321         .cmd        = hmp_hello_world,
322     },
324  SRST
325  ``hello_world`` *message*
326    Print message to the standard output
327  ERST
329 To test this you have to open a user monitor and issue the "hello-world"
330 command. It might be instructive to check the command's documentation with
331 HMP's "help" command.
333 Please check the "-monitor" command-line option to know how to open a user
334 monitor.
337 Writing more complex commands
338 -----------------------------
340 A QMP command is capable of returning any data QAPI supports like integers,
341 strings, booleans, enumerations and user defined types.
343 In this section we will focus on user defined types. Please check the QAPI
344 documentation for information about the other types.
347 Modelling data in QAPI
348 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
350 For a QMP command that to be considered stable and supported long term,
351 there is a requirement returned data should be explicitly modelled
352 using fine-grained QAPI types. As a general guide, a caller of the QMP
353 command should never need to parse individual returned data fields. If
354 a field appears to need parsing, then it should be split into separate
355 fields corresponding to each distinct data item. This should be the
356 common case for any new QMP command that is intended to be used by
357 machines, as opposed to exclusively human operators.
359 Some QMP commands, however, are only intended as ad hoc debugging aids
360 for human operators. While they may return large amounts of formatted
361 data, it is not expected that machines will need to parse the result.
362 The overhead of defining a fine grained QAPI type for the data may not
363 be justified by the potential benefit. In such cases, it is permitted
364 to have a command return a simple string that contains formatted data,
365 however, it is mandatory for the command to be marked unstable.
366 This indicates that the command is not guaranteed to be long term
367 stable / liable to change in future and is not following QAPI design
368 best practices. An example where this approach is taken is the QMP
369 command "x-query-registers". This returns a formatted dump of the
370 architecture specific CPU state. The way the data is formatted varies
371 across QEMU targets, is liable to change over time, and is only
372 intended to be consumed as an opaque string by machines. Refer to the
373 `Writing a debugging aid returning unstructured text`_ section for
374 an illustration.
376 User Defined Types
377 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
379 For this example we will write the query-option-roms command, which
380 returns information about ROMs loaded into the option ROM space. For
381 more information about it, please check the "-option-rom" command-line
382 option.
384 For each option ROM, we want to return two pieces of information: the
385 ROM image's file name, and its bootindex, if any.  We need to create a
386 new QAPI type for that, as shown below::
388  ##
389  # @OptionRomInfo:
391  # @filename: option ROM image file name
393  # @bootindex: option ROM's bootindex
395  # Since: 9.0
396  ##
397  { 'struct': 'OptionRomInfo',
398    'data': { 'filename': 'str', '*bootindex': 'int' } }
400 The "struct" keyword defines a new QAPI type. Its "data" member
401 contains the type's members. In this example our members are
402 "filename" and "bootindex". The latter is optional.
404 Now let's define the query-option-roms command::
406  ##
407  # @query-option-roms:
409  # Query information on ROMs loaded into the option ROM space.
411  # Returns: OptionRomInfo
413  # Since: 9.0
414  ##
415  { 'command': 'query-option-roms',
416    'returns': ['OptionRomInfo'] }
418 Notice the "returns" keyword. As its name suggests, it's used to define the
419 data returned by a command.
421 Notice the syntax ['OptionRomInfo']". This should be read as "returns
422 a list of OptionRomInfo".
424 It's time to implement the qmp_query_option_roms() function.  Add to
425 monitor/qmp-cmds.c::
427  OptionRomInfoList *qmp_query_option_roms(Error **errp)
429      OptionRomInfoList *info_list = NULL;
430      OptionRomInfoList **tailp = &info_list;
431      OptionRomInfo *info;
433      for (int i = 0; i < nb_option_roms; i++) {
434          info = g_malloc0(sizeof(*info));
435          info->filename = g_strdup(option_rom[i].name);
436          info->has_bootindex = option_rom[i].bootindex >= 0;
437          if (info->has_bootindex) {
438              info->bootindex = option_rom[i].bootindex;
439          }
440          QAPI_LIST_APPEND(tailp, info);
441      }
443      return info_list;
446 There are a number of things to be noticed:
448 1. Type OptionRomInfo is automatically generated by the QAPI framework,
449    its members correspond to the type's specification in the schema
450    file
451 2. Type OptionRomInfoList is also generated.  It's a singly linked
452    list.
453 3. As specified in the schema file, the function returns a
454    OptionRomInfoList, and takes no arguments (besides the "errp" one,
455    which is mandatory for all QMP functions)
456 4. The returned object is dynamically allocated
457 5. All strings are dynamically allocated. This is so because QAPI also
458    generates a function to free its types and it cannot distinguish
459    between dynamically or statically allocated strings
460 6. Remember that "bootindex" is optional? As a non-pointer optional
461    member, it comes with a 'has_bootindex' member that needs to be set
462    by the implementation, as shown above
464 Time to test the new command. Build QEMU, run it as described in the "Testing"
465 section and try this::
467  { "execute": "query-option-rom" }
469      "return": [
470          {
471              "filename": "kvmvapic.bin"
472          }
473      ]
477 The HMP command
478 ~~~~~~~~~~~~~~~
480 Here's the HMP counterpart of the query-option-roms command::
482  void hmp_info_option_roms(Monitor *mon, const QDict *qdict)
484      Error *err = NULL;
485      OptionRomInfoList *info_list, *tail;
486      OptionRomInfo *info;
488      info_list = qmp_query_option_roms(&err);
489      if (hmp_handle_error(mon, err)) {
490          return;
491      }
493      for (tail = info_list; tail; tail = tail->next) {
494          info = tail->value;
495          monitor_printf(mon, "%s", info->filename);
496          if (info->has_bootindex) {
497              monitor_printf(mon, " %" PRId64, info->bootindex);
498          }
499          monitor_printf(mon, "\n");
500      }
502      qapi_free_OptionRomInfoList(info_list);
505 It's important to notice that hmp_info_option_roms() calls
506 qapi_free_OptionRomInfoList() to free the data returned by
507 qmp_query_option_roms().  For user defined types, QAPI will generate a
508 qapi_free_QAPI_TYPE_NAME() function, and that's what you have to use to
509 free the types you define and qapi_free_QAPI_TYPE_NAMEList() for list
510 types (explained in the next section). If the QMP function returns a
511 string, then you should g_free() to free it.
513 Also note that hmp_info_option_roms() performs error handling. That's
514 not strictly required when you're sure the QMP function doesn't return
515 errors; you could instead pass it &error_abort then.
517 Another important detail is that HMP's "info" commands go into
518 hmp-commands-info.hx, not hmp-commands.hx. The entry for the "info
519 option-roms" follows::
521      {
522          .name       = "option-roms",
523          .args_type  = "",
524          .params     = "",
525          .help       = "show roms",
526          .cmd        = hmp_info_option_roms,
527      },
528  SRST
529  ``info option-roms``
530    Show the option ROMs.
531  ERST
533 To test this, run QEMU and type "info option-roms" in the user monitor.
536 Writing a debugging aid returning unstructured text
537 ---------------------------------------------------
539 As discussed in section `Modelling data in QAPI`_, it is required that
540 commands expecting machine usage be using fine-grained QAPI data types.
541 The exception to this rule applies when the command is solely intended
542 as a debugging aid and allows for returning unstructured text, such as
543 a query command that report aspects of QEMU's internal state that are
544 useful only to human operators.
546 In this example we will consider the existing QMP command
547 ``x-query-roms`` in qapi/machine.json.  It has no parameters and
548 returns a ``HumanReadableText``::
550  ##
551  # @x-query-roms:
553  # Query information on the registered ROMS
555  # Features:
557  # @unstable: This command is meant for debugging.
559  # Returns: registered ROMs
561  # Since: 6.2
562  ##
563  { 'command': 'x-query-roms',
564    'returns': 'HumanReadableText',
565    'features': [ 'unstable' ] }
567 The ``HumanReadableText`` struct is defined in qapi/common.json as a
568 struct with a string member. It is intended to be used for all
569 commands that are returning unstructured text targeted at
570 humans. These should all have feature 'unstable'.  Note that the
571 feature's documentation states why the command is unstable.  We
572 commonly use a ``x-`` command name prefix to make lack of stability
573 obvious to human users.
575 Implementing the QMP command
576 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
578 The QMP implementation will typically involve creating a ``GString``
579 object and printing formatted data into it, like this::
581  HumanReadableText *qmp_x_query_roms(Error **errp)
583      g_autoptr(GString) buf = g_string_new("");
584      Rom *rom;
586      QTAILQ_FOREACH(rom, &roms, next) {
587         g_string_append_printf("%s size=0x%06zx name=\"%s\"\n",
588                                memory_region_name(rom->mr),
589                                rom->romsize,
590                                rom->name);
591      }
593      return human_readable_text_from_str(buf);
596 The actual implementation emits more information.  You can find it in
597 hw/core/loader.c.
600 Implementing the HMP command
601 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
603 Now that the QMP command is in place, we can also make it available in
604 the human monitor (HMP) as shown in previous examples. The HMP
605 implementations will all look fairly similar, as all they need do is
606 invoke the QMP command and then print the resulting text or error
607 message. Here's an implementation of the "info roms" HMP command::
609  void hmp_info_roms(Monitor *mon, const QDict *qdict)
611      Error err = NULL;
612      g_autoptr(HumanReadableText) info = qmp_x_query_roms(&err);
614      if (hmp_handle_error(mon, err)) {
615          return;
616      }
617      monitor_puts(mon, info->human_readable_text);
620 Also, you have to add the function's prototype to the hmp.h file.
622 There's one last step to actually make the command available to
623 monitor users, we should add it to the hmp-commands-info.hx file::
625     {
626         .name       = "roms",
627         .args_type  = "",
628         .params     = "",
629         .help       = "show roms",
630         .cmd        = hmp_info_roms,
631     },
633 The case of writing a HMP info handler that calls a no-parameter QMP query
634 command is quite common. To simplify the implementation there is a general
635 purpose HMP info handler for this scenario. All that is required to expose
636 a no-parameter QMP query command via HMP is to declare it using the
637 '.cmd_info_hrt' field to point to the QMP handler, and leave the '.cmd'
638 field NULL::
640     {
641         .name         = "roms",
642         .args_type    = "",
643         .params       = "",
644         .help         = "show roms",
645         .cmd_info_hrt = qmp_x_query_roms,
646     },
648 This is how the actual HMP command is done.