[media] staging: lirc_sir: remove dead code
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / Documentation / virtual / virtio-spec.txt
1 [Generated file: see http://ozlabs.org/~rusty/virtio-spec/]
2 Virtio PCI Card Specification
3 v0.9.5 DRAFT
4 -
5
6 Rusty Russell <rusty@rustcorp.com.au> IBM Corporation (Editor)
7
8 2012 May 7.
9
10 Purpose and Description
11
12 This document describes the specifications of the “virtio” family
13 of PCI[LaTeX Command: nomenclature] devices. These are devices
14 are found in virtual environments[LaTeX Command: nomenclature],
15 yet by design they are not all that different from physical PCI
16 devices, and this document treats them as such. This allows the
17 guest to use standard PCI drivers and discovery mechanisms.
18
19 The purpose of virtio and this specification is that virtual
20 environments and guests should have a straightforward, efficient,
21 standard and extensible mechanism for virtual devices, rather
22 than boutique per-environment or per-OS mechanisms.
23
24   Straightforward: Virtio PCI devices use normal PCI mechanisms
25   of interrupts and DMA which should be familiar to any device
26   driver author. There is no exotic page-flipping or COW
27   mechanism: it's just a PCI device.[footnote:
28 This lack of page-sharing implies that the implementation of the
29 device (e.g. the hypervisor or host) needs full access to the
30 guest memory. Communication with untrusted parties (i.e.
31 inter-guest communication) requires copying.
32 ]
33
34   Efficient: Virtio PCI devices consist of rings of descriptors
35   for input and output, which are neatly separated to avoid cache
36   effects from both guest and device writing to the same cache
37   lines.
38
39   Standard: Virtio PCI makes no assumptions about the environment
40   in which it operates, beyond supporting PCI. In fact the virtio
41   devices specified in the appendices do not require PCI at all:
42   they have been implemented on non-PCI buses.[footnote:
43 The Linux implementation further separates the PCI virtio code
44 from the specific virtio drivers: these drivers are shared with
45 the non-PCI implementations (currently lguest and S/390).
46 ]
47
48   Extensible: Virtio PCI devices contain feature bits which are
49   acknowledged by the guest operating system during device setup.
50   This allows forwards and backwards compatibility: the device
51   offers all the features it knows about, and the driver
52   acknowledges those it understands and wishes to use.
53
54   Virtqueues
55
56 The mechanism for bulk data transport on virtio PCI devices is
57 pretentiously called a virtqueue. Each device can have zero or
58 more virtqueues: for example, the network device has one for
59 transmit and one for receive.
60
61 Each virtqueue occupies two or more physically-contiguous pages
62 (defined, for the purposes of this specification, as 4096 bytes),
63 and consists of three parts:
64
65
66 +-------------------+-----------------------------------+-----------+
67 | Descriptor Table  |   Available Ring     (padding)    | Used Ring |
68 +-------------------+-----------------------------------+-----------+
69
70
71 When the driver wants to send a buffer to the device, it fills in
72 a slot in the descriptor table (or chains several together), and
73 writes the descriptor index into the available ring. It then
74 notifies the device. When the device has finished a buffer, it
75 writes the descriptor into the used ring, and sends an interrupt.
76
77 Specification
78
79   PCI Discovery
80
81 Any PCI device with Vendor ID 0x1AF4, and Device ID 0x1000
82 through 0x103F inclusive is a virtio device[footnote:
83 The actual value within this range is ignored
84 ]. The device must also have a Revision ID of 0 to match this
85 specification.
86
87 The Subsystem Device ID indicates which virtio device is
88 supported by the device. The Subsystem Vendor ID should reflect
89 the PCI Vendor ID of the environment (it's currently only used
90 for informational purposes by the guest).
91
92
93 +----------------------+--------------------+---------------+
94 | Subsystem Device ID  |   Virtio Device    | Specification |
95 +----------------------+--------------------+---------------+
96 +----------------------+--------------------+---------------+
97 |          1           |   network card     |  Appendix C   |
98 +----------------------+--------------------+---------------+
99 |          2           |   block device     |  Appendix D   |
100 +----------------------+--------------------+---------------+
101 |          3           |      console       |  Appendix E   |
102 +----------------------+--------------------+---------------+
103 |          4           |  entropy source    |  Appendix F   |
104 +----------------------+--------------------+---------------+
105 |          5           | memory ballooning  |  Appendix G   |
106 +----------------------+--------------------+---------------+
107 |          6           |     ioMemory       |       -       |
108 +----------------------+--------------------+---------------+
109 |          7           |       rpmsg        |  Appendix H   |
110 +----------------------+--------------------+---------------+
111 |          8           |     SCSI host      |  Appendix I   |
112 +----------------------+--------------------+---------------+
113 |          9           |   9P transport     |       -       |
114 +----------------------+--------------------+---------------+
115 |         10           |   mac80211 wlan    |       -       |
116 +----------------------+--------------------+---------------+
117
118
119   Device Configuration
120
121 To configure the device, we use the first I/O region of the PCI
122 device. This contains a virtio header followed by a
123 device-specific region.
124
125 There may be different widths of accesses to the I/O region; the “
126 natural” access method for each field in the virtio header must
127 be used (i.e. 32-bit accesses for 32-bit fields, etc), but the
128 device-specific region can be accessed using any width accesses,
129 and should obtain the same results.
130
131 Note that this is possible because while the virtio header is PCI
132 (i.e. little) endian, the device-specific region is encoded in
133 the native endian of the guest (where such distinction is
134 applicable).
135
136   Device Initialization Sequence<sub:Device-Initialization-Sequence>
137
138 We start with an overview of device initialization, then expand
139 on the details of the device and how each step is preformed.
140
141   Reset the device. This is not required on initial start up.
142
143   The ACKNOWLEDGE status bit is set: we have noticed the device.
144
145   The DRIVER status bit is set: we know how to drive the device.
146
147   Device-specific setup, including reading the Device Feature
148   Bits, discovery of virtqueues for the device, optional MSI-X
149   setup, and reading and possibly writing the virtio
150   configuration space.
151
152   The subset of Device Feature Bits understood by the driver is
153   written to the device.
154
155   The DRIVER_OK status bit is set.
156
157   The device can now be used (ie. buffers added to the
158   virtqueues)[footnote:
159 Historically, drivers have used the device before steps 5 and 6.
160 This is only allowed if the driver does not use any features
161 which would alter this early use of the device.
162 ]
163
164 If any of these steps go irrecoverably wrong, the guest should
165 set the FAILED status bit to indicate that it has given up on the
166 device (it can reset the device later to restart if desired).
167
168 We now cover the fields required for general setup in detail.
169
170   Virtio Header
171
172 The virtio header looks as follows:
173
174
175 +------------++---------------------+---------------------+----------+--------+---------+---------+---------+--------+
176 | Bits       || 32                  | 32                  | 32       | 16     | 16      | 16      | 8       | 8      |
177 +------------++---------------------+---------------------+----------+--------+---------+---------+---------+--------+
178 | Read/Write || R                   | R+W                 | R+W      | R      | R+W     | R+W     | R+W     | R      |
179 +------------++---------------------+---------------------+----------+--------+---------+---------+---------+--------+
180 | Purpose    || Device              | Guest               | Queue    | Queue  | Queue   | Queue   | Device  | ISR    |
181 |            || Features bits 0:31  | Features bits 0:31  | Address  | Size   | Select  | Notify  | Status  | Status |
182 +------------++---------------------+---------------------+----------+--------+---------+---------+---------+--------+
183
184
185 If MSI-X is enabled for the device, two additional fields
186 immediately follow this header:[footnote:
187 ie. once you enable MSI-X on the device, the other fields move.
188 If you turn it off again, they move back!
189 ]
190
191
192 +------------++----------------+--------+
193 | Bits       || 16             | 16     |
194               +----------------+--------+
195 +------------++----------------+--------+
196 | Read/Write || R+W            | R+W    |
197 +------------++----------------+--------+
198 | Purpose    || Configuration  | Queue  |
199 | (MSI-X)    || Vector         | Vector |
200 +------------++----------------+--------+
201
202
203 Immediately following these general headers, there may be
204 device-specific headers:
205
206
207 +------------++--------------------+
208 | Bits       || Device Specific    |
209               +--------------------+
210 +------------++--------------------+
211 | Read/Write || Device Specific    |
212 +------------++--------------------+
213 | Purpose    || Device Specific... |
214 |            ||                    |
215 +------------++--------------------+
216
217
218   Device Status
219
220 The Device Status field is updated by the guest to indicate its
221 progress. This provides a simple low-level diagnostic: it's most
222 useful to imagine them hooked up to traffic lights on the console
223 indicating the status of each device.
224
225 The device can be reset by writing a 0 to this field, otherwise
226 at least one bit should be set:
227
228   ACKNOWLEDGE (1) Indicates that the guest OS has found the
229   device and recognized it as a valid virtio device.
230
231   DRIVER (2) Indicates that the guest OS knows how to drive the
232   device. Under Linux, drivers can be loadable modules so there
233   may be a significant (or infinite) delay before setting this
234   bit.
235
236   DRIVER_OK (4) Indicates that the driver is set up and ready to
237   drive the device.
238
239   FAILED (128) Indicates that something went wrong in the guest,
240   and it has given up on the device. This could be an internal
241   error, or the driver didn't like the device for some reason, or
242   even a fatal error during device operation. The device must be
243   reset before attempting to re-initialize.
244
245   Feature Bits<sub:Feature-Bits>
246
247 Thefirst configuration field indicates the features that the
248 device supports. The bits are allocated as follows:
249
250   0 to 23 Feature bits for the specific device type
251
252   24 to 32 Feature bits reserved for extensions to the queue and
253   feature negotiation mechanisms
254
255 For example, feature bit 0 for a network device (i.e. Subsystem
256 Device ID 1) indicates that the device supports checksumming of
257 packets.
258
259 The feature bits are negotiated: the device lists all the
260 features it understands in the Device Features field, and the
261 guest writes the subset that it understands into the Guest
262 Features field. The only way to renegotiate is to reset the
263 device.
264
265 In particular, new fields in the device configuration header are
266 indicated by offering a feature bit, so the guest can check
267 before accessing that part of the configuration space.
268
269 This allows for forwards and backwards compatibility: if the
270 device is enhanced with a new feature bit, older guests will not
271 write that feature bit back to the Guest Features field and it
272 can go into backwards compatibility mode. Similarly, if a guest
273 is enhanced with a feature that the device doesn't support, it
274 will not see that feature bit in the Device Features field and
275 can go into backwards compatibility mode (or, for poor
276 implementations, set the FAILED Device Status bit).
277
278   Configuration/Queue Vectors
279
280 When MSI-X capability is present and enabled in the device
281 (through standard PCI configuration space) 4 bytes at byte offset
282 20 are used to map configuration change and queue interrupts to
283 MSI-X vectors. In this case, the ISR Status field is unused, and
284 device specific configuration starts at byte offset 24 in virtio
285 header structure. When MSI-X capability is not enabled, device
286 specific configuration starts at byte offset 20 in virtio header.
287
288 Writing a valid MSI-X Table entry number, 0 to 0x7FF, to one of
289 Configuration/Queue Vector registers, maps interrupts triggered
290 by the configuration change/selected queue events respectively to
291 the corresponding MSI-X vector. To disable interrupts for a
292 specific event type, unmap it by writing a special NO_VECTOR
293 value:
294
295 /* Vector value used to disable MSI for queue */
296
297 #define VIRTIO_MSI_NO_VECTOR            0xffff
298
299 Reading these registers returns vector mapped to a given event,
300 or NO_VECTOR if unmapped. All queue and configuration change
301 events are unmapped by default.
302
303 Note that mapping an event to vector might require allocating
304 internal device resources, and might fail. Devices report such
305 failures by returning the NO_VECTOR value when the relevant
306 Vector field is read. After mapping an event to vector, the
307 driver must verify success by reading the Vector field value: on
308 success, the previously written value is returned, and on
309 failure, NO_VECTOR is returned. If a mapping failure is detected,
310 the driver can retry mapping with fewervectors, or disable MSI-X.
311
312   Virtqueue Configuration<sec:Virtqueue-Configuration>
313
314 As a device can have zero or more virtqueues for bulk data
315 transport (for example, the network driver has two), the driver
316 needs to configure them as part of the device-specific
317 configuration.
318
319 This is done as follows, for each virtqueue a device has:
320
321   Write the virtqueue index (first queue is 0) to the Queue
322   Select field.
323
324   Read the virtqueue size from the Queue Size field, which is
325   always a power of 2. This controls how big the virtqueue is
326   (see below). If this field is 0, the virtqueue does not exist.
327
328   Allocate and zero virtqueue in contiguous physical memory, on a
329   4096 byte alignment. Write the physical address, divided by
330   4096 to the Queue Address field.[footnote:
331 The 4096 is based on the x86 page size, but it's also large
332 enough to ensure that the separate parts of the virtqueue are on
333 separate cache lines.
334 ]
335
336   Optionally, if MSI-X capability is present and enabled on the
337   device, select a vector to use to request interrupts triggered
338   by virtqueue events. Write the MSI-X Table entry number
339   corresponding to this vector in Queue Vector field. Read the
340   Queue Vector field: on success, previously written value is
341   returned; on failure, NO_VECTOR value is returned.
342
343 The Queue Size field controls the total number of bytes required
344 for the virtqueue according to the following formula:
345
346 #define ALIGN(x) (((x) + 4095) & ~4095)
347
348 static inline unsigned vring_size(unsigned int qsz)
349
350 {
351
352      return ALIGN(sizeof(struct vring_desc)*qsz + sizeof(u16)*(2
353 + qsz))
354
355           + ALIGN(sizeof(struct vring_used_elem)*qsz);
356
357 }
358
359 This currently wastes some space with padding, but also allows
360 future extensions. The virtqueue layout structure looks like this
361 (qsz is the Queue Size field, which is a variable, so this code
362 won't compile):
363
364 struct vring {
365
366     /* The actual descriptors (16 bytes each) */
367
368     struct vring_desc desc[qsz];
369
370
371
372     /* A ring of available descriptor heads with free-running
373 index. */
374
375     struct vring_avail avail;
376
377
378
379     // Padding to the next 4096 boundary.
380
381     char pad[];
382
383
384
385     // A ring of used descriptor heads with free-running index.
386
387     struct vring_used used;
388
389 };
390
391   A Note on Virtqueue Endianness
392
393 Note that the endian of these fields and everything else in the
394 virtqueue is the native endian of the guest, not little-endian as
395 PCI normally is. This makes for simpler guest code, and it is
396 assumed that the host already has to be deeply aware of the guest
397 endian so such an “endian-aware” device is not a significant
398 issue.
399
400   Descriptor Table
401
402 The descriptor table refers to the buffers the guest is using for
403 the device. The addresses are physical addresses, and the buffers
404 can be chained via the next field. Each descriptor describes a
405 buffer which is read-only or write-only, but a chain of
406 descriptors can contain both read-only and write-only buffers.
407
408 No descriptor chain may be more than 2^32 bytes long in total.struct vring_desc {
409
410     /* Address (guest-physical). */
411
412     u64 addr;
413
414     /* Length. */
415
416     u32 len;
417
418 /* This marks a buffer as continuing via the next field. */
419
420 #define VRING_DESC_F_NEXT   1
421
422 /* This marks a buffer as write-only (otherwise read-only). */
423
424 #define VRING_DESC_F_WRITE     2
425
426 /* This means the buffer contains a list of buffer descriptors.
427 */
428
429 #define VRING_DESC_F_INDIRECT   4
430
431     /* The flags as indicated above. */
432
433     u16 flags;
434
435     /* Next field if flags & NEXT */
436
437     u16 next;
438
439 };
440
441 The number of descriptors in the table is specified by the Queue
442 Size field for this virtqueue.
443
444   <sub:Indirect-Descriptors>Indirect Descriptors
445
446 Some devices benefit by concurrently dispatching a large number
447 of large requests. The VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC feature can be
448 used to allow this (see [cha:Reserved-Feature-Bits]). To increase
449 ring capacity it is possible to store a table of indirect
450 descriptors anywhere in memory, and insert a descriptor in main
451 virtqueue (with flags&INDIRECT on) that refers to memory buffer
452 containing this indirect descriptor table; fields addr and len
453 refer to the indirect table address and length in bytes,
454 respectively. The indirect table layout structure looks like this
455 (len is the length of the descriptor that refers to this table,
456 which is a variable, so this code won't compile):
457
458 struct indirect_descriptor_table {
459
460     /* The actual descriptors (16 bytes each) */
461
462     struct vring_desc desc[len / 16];
463
464 };
465
466 The first indirect descriptor is located at start of the indirect
467 descriptor table (index 0), additional indirect descriptors are
468 chained by next field. An indirect descriptor without next field
469 (with flags&NEXT off) signals the end of the indirect descriptor
470 table, and transfers control back to the main virtqueue. An
471 indirect descriptor can not refer to another indirect descriptor
472 table (flags&INDIRECT must be off). A single indirect descriptor
473 table can include both read-only and write-only descriptors;
474 write-only flag (flags&WRITE) in the descriptor that refers to it
475 is ignored.
476
477   Available Ring
478
479 The available ring refers to what descriptors we are offering the
480 device: it refers to the head of a descriptor chain. The “flags”
481 field is currently 0 or 1: 1 indicating that we do not need an
482 interrupt when the device consumes a descriptor from the
483 available ring. Alternatively, the guest can ask the device to
484 delay interrupts until an entry with an index specified by the “
485 used_event” field is written in the used ring (equivalently,
486 until the idx field in the used ring will reach the value
487 used_event + 1). The method employed by the device is controlled
488 by the VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX feature bit (see [cha:Reserved-Feature-Bits]
489 ). This interrupt suppression is merely an optimization; it may
490 not suppress interrupts entirely.
491
492 The “idx” field indicates where we would put the next descriptor
493 entry (modulo the ring size). This starts at 0, and increases.
494
495 struct vring_avail {
496
497 #define VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT      1
498
499    u16 flags;
500
501    u16 idx;
502
503    u16 ring[qsz]; /* qsz is the Queue Size field read from device
504 */
505
506    u16 used_event;
507
508 };
509
510   Used Ring
511
512 The used ring is where the device returns buffers once it is done
513 with them. The flags field can be used by the device to hint that
514 no notification is necessary when the guest adds to the available
515 ring. Alternatively, the “avail_event” field can be used by the
516 device to hint that no notification is necessary until an entry
517 with an index specified by the “avail_event” is written in the
518 available ring (equivalently, until the idx field in the
519 available ring will reach the value avail_event + 1). The method
520 employed by the device is controlled by the guest through the
521 VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX feature bit (see [cha:Reserved-Feature-Bits]
522 ). [footnote:
523 These fields are kept here because this is the only part of the
524 virtqueue written by the device
525 ].
526
527 Each entry in the ring is a pair: the head entry of the
528 descriptor chain describing the buffer (this matches an entry
529 placed in the available ring by the guest earlier), and the total
530 of bytes written into the buffer. The latter is extremely useful
531 for guests using untrusted buffers: if you do not know exactly
532 how much has been written by the device, you usually have to zero
533 the buffer to ensure no data leakage occurs.
534
535 /* u32 is used here for ids for padding reasons. */
536
537 struct vring_used_elem {
538
539     /* Index of start of used descriptor chain. */
540
541     u32 id;
542
543     /* Total length of the descriptor chain which was used
544 (written to) */
545
546     u32 len;
547
548 };
549
550
551
552 struct vring_used {
553
554 #define VRING_USED_F_NO_NOTIFY  1
555
556     u16 flags;
557
558     u16 idx;
559
560     struct vring_used_elem ring[qsz];
561
562     u16 avail_event;
563
564 };
565
566   Helpers for Managing Virtqueues
567
568 The Linux Kernel Source code contains the definitions above and
569 helper routines in a more usable form, in
570 include/linux/virtio_ring.h. This was explicitly licensed by IBM
571 and Red Hat under the (3-clause) BSD license so that it can be
572 freely used by all other projects, and is reproduced (with slight
573 variation to remove Linux assumptions) in Appendix A.
574
575   Device Operation<sec:Device-Operation>
576
577 There are two parts to device operation: supplying new buffers to
578 the device, and processing used buffers from the device. As an
579 example, the virtio network device has two virtqueues: the
580 transmit virtqueue and the receive virtqueue. The driver adds
581 outgoing (read-only) packets to the transmit virtqueue, and then
582 frees them after they are used. Similarly, incoming (write-only)
583 buffers are added to the receive virtqueue, and processed after
584 they are used.
585
586   Supplying Buffers to The Device
587
588 Actual transfer of buffers from the guest OS to the device
589 operates as follows:
590
591   Place the buffer(s) into free descriptor(s).
592
593   If there are no free descriptors, the guest may choose to
594     notify the device even if notifications are suppressed (to
595     reduce latency).[footnote:
596 The Linux drivers do this only for read-only buffers: for
597 write-only buffers, it is assumed that the driver is merely
598 trying to keep the receive buffer ring full, and no notification
599 of this expected condition is necessary.
600 ]
601
602   Place the id of the buffer in the next ring entry of the
603   available ring.
604
605   The steps (1) and (2) may be performed repeatedly if batching
606   is possible.
607
608   A memory barrier should be executed to ensure the device sees
609   the updated descriptor table and available ring before the next
610   step.
611
612   The available “idx” field should be increased by the number of
613   entries added to the available ring.
614
615   A memory barrier should be executed to ensure that we update
616   the idx field before checking for notification suppression.
617
618   If notifications are not suppressed, the device should be
619   notified of the new buffers.
620
621 Note that the above code does not take precautions against the
622 available ring buffer wrapping around: this is not possible since
623 the ring buffer is the same size as the descriptor table, so step
624 (1) will prevent such a condition.
625
626 In addition, the maximum queue size is 32768 (it must be a power
627 of 2 which fits in 16 bits), so the 16-bit “idx” value can always
628 distinguish between a full and empty buffer.
629
630 Here is a description of each stage in more detail.
631
632   Placing Buffers Into The Descriptor Table
633
634 A buffer consists of zero or more read-only physically-contiguous
635 elements followed by zero or more physically-contiguous
636 write-only elements (it must have at least one element). This
637 algorithm maps it into the descriptor table:
638
639   for each buffer element, b:
640
641   Get the next free descriptor table entry, d
642
643   Set d.addr to the physical address of the start of b
644
645   Set d.len to the length of b.
646
647   If b is write-only, set d.flags to VRING_DESC_F_WRITE,
648     otherwise 0.
649
650   If there is a buffer element after this:
651
652     Set d.next to the index of the next free descriptor element.
653
654     Set the VRING_DESC_F_NEXT bit in d.flags.
655
656 In practice, the d.next fields are usually used to chain free
657 descriptors, and a separate count kept to check there are enough
658 free descriptors before beginning the mappings.
659
660   Updating The Available Ring
661
662 The head of the buffer we mapped is the first d in the algorithm
663 above. A naive implementation would do the following:
664
665 avail->ring[avail->idx % qsz] = head;
666
667 However, in general we can add many descriptors before we update
668 the “idx” field (at which point they become visible to the
669 device), so we keep a counter of how many we've added:
670
671 avail->ring[(avail->idx + added++) % qsz] = head;
672
673   Updating The Index Field
674
675 Once the idx field of the virtqueue is updated, the device will
676 be able to access the descriptor entries we've created and the
677 memory they refer to. This is why a memory barrier is generally
678 used before the idx update, to ensure it sees the most up-to-date
679 copy.
680
681 The idx field always increments, and we let it wrap naturally at
682 65536:
683
684 avail->idx += added;
685
686   <sub:Notifying-The-Device>Notifying The Device
687
688 Device notification occurs by writing the 16-bit virtqueue index
689 of this virtqueue to the Queue Notify field of the virtio header
690 in the first I/O region of the PCI device. This can be expensive,
691 however, so the device can suppress such notifications if it
692 doesn't need them. We have to be careful to expose the new idx
693 value before checking the suppression flag: it's OK to notify
694 gratuitously, but not to omit a required notification. So again,
695 we use a memory barrier here before reading the flags or the
696 avail_event field.
697
698 If the VIRTIO_F_RING_EVENT_IDX feature is not negotiated, and if
699 the VRING_USED_F_NOTIFY flag is not set, we go ahead and write to
700 the PCI configuration space.
701
702 If the VIRTIO_F_RING_EVENT_IDX feature is negotiated, we read the
703 avail_event field in the available ring structure. If the
704 available index crossed_the avail_event field value since the
705 last notification, we go ahead and write to the PCI configuration
706 space. The avail_event field wraps naturally at 65536 as well:
707
708 (u16)(new_idx - avail_event - 1) < (u16)(new_idx - old_idx)
709
710   <sub:Receiving-Used-Buffers>Receiving Used Buffers From The
711   Device
712
713 Once the device has used a buffer (read from or written to it, or
714 parts of both, depending on the nature of the virtqueue and the
715 device), it sends an interrupt, following an algorithm very
716 similar to the algorithm used for the driver to send the device a
717 buffer:
718
719   Write the head descriptor number to the next field in the used
720   ring.
721
722   Update the used ring idx.
723
724   Determine whether an interrupt is necessary:
725
726   If the VIRTIO_F_RING_EVENT_IDX feature is not negotiated: check
727     if f the VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT flag is not set in avail-
728     >flags
729
730   If the VIRTIO_F_RING_EVENT_IDX feature is negotiated: check
731     whether the used index crossed the used_event field value
732     since the last update. The used_event field wraps naturally
733     at 65536 as well:(u16)(new_idx - used_event - 1) < (u16)(new_idx - old_idx)
734
735   If an interrupt is necessary:
736
737   If MSI-X capability is disabled:
738
739     Set the lower bit of the ISR Status field for the device.
740
741     Send the appropriate PCI interrupt for the device.
742
743   If MSI-X capability is enabled:
744
745     Request the appropriate MSI-X interrupt message for the
746       device, Queue Vector field sets the MSI-X Table entry
747       number.
748
749     If Queue Vector field value is NO_VECTOR, no interrupt
750       message is requested for this event.
751
752 The guest interrupt handler should:
753
754   If MSI-X capability is disabled: read the ISR Status field,
755   which will reset it to zero. If the lower bit is zero, the
756   interrupt was not for this device. Otherwise, the guest driver
757   should look through the used rings of each virtqueue for the
758   device, to see if any progress has been made by the device
759   which requires servicing.
760
761   If MSI-X capability is enabled: look through the used rings of
762   each virtqueue mapped to the specific MSI-X vector for the
763   device, to see if any progress has been made by the device
764   which requires servicing.
765
766 For each ring, guest should then disable interrupts by writing
767 VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT flag in avail structure, if required.
768 It can then process used ring entries finally enabling interrupts
769 by clearing the VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT flag or updating the
770 EVENT_IDX field in the available structure, Guest should then
771 execute a memory barrier, and then recheck the ring empty
772 condition. This is necessary to handle the case where, after the
773 last check and before enabling interrupts, an interrupt has been
774 suppressed by the device:
775
776 vring_disable_interrupts(vq);
777
778 for (;;) {
779
780     if (vq->last_seen_used != vring->used.idx) {
781
782                 vring_enable_interrupts(vq);
783
784                 mb();
785
786                 if (vq->last_seen_used != vring->used.idx)
787
788                         break;
789
790     }
791
792     struct vring_used_elem *e =
793 vring.used->ring[vq->last_seen_used%vsz];
794
795     process_buffer(e);
796
797     vq->last_seen_used++;
798
799 }
800
801   Dealing With Configuration Changes<sub:Dealing-With-Configuration>
802
803 Some virtio PCI devices can change the device configuration
804 state, as reflected in the virtio header in the PCI configuration
805 space. In this case:
806
807   If MSI-X capability is disabled: an interrupt is delivered and
808   the second highest bit is set in the ISR Status field to
809   indicate that the driver should re-examine the configuration
810   space.Note that a single interrupt can indicate both that one
811   or more virtqueue has been used and that the configuration
812   space has changed: even if the config bit is set, virtqueues
813   must be scanned.
814
815   If MSI-X capability is enabled: an interrupt message is
816   requested. The Configuration Vector field sets the MSI-X Table
817   entry number to use. If Configuration Vector field value is
818   NO_VECTOR, no interrupt message is requested for this event.
819
820 Creating New Device Types
821
822 Various considerations are necessary when creating a new device
823 type:
824
825   How Many Virtqueues?
826
827 It is possible that a very simple device will operate entirely
828 through its configuration space, but most will need at least one
829 virtqueue in which it will place requests. A device with both
830 input and output (eg. console and network devices described here)
831 need two queues: one which the driver fills with buffers to
832 receive input, and one which the driver places buffers to
833 transmit output.
834
835   What Configuration Space Layout?
836
837 Configuration space is generally used for rarely-changing or
838 initialization-time parameters. But it is a limited resource, so
839 it might be better to use a virtqueue to update configuration
840 information (the network device does this for filtering,
841 otherwise the table in the config space could potentially be very
842 large).
843
844 Note that this space is generally the guest's native endian,
845 rather than PCI's little-endian.
846
847   What Device Number?
848
849 Currently device numbers are assigned quite freely: a simple
850 request mail to the author of this document or the Linux
851 virtualization mailing list[footnote:
852
853 https://lists.linux-foundation.org/mailman/listinfo/virtualization
854 ] will be sufficient to secure a unique one.
855
856 Meanwhile for experimental drivers, use 65535 and work backwards.
857
858   How many MSI-X vectors?
859
860 Using the optional MSI-X capability devices can speed up
861 interrupt processing by removing the need to read ISR Status
862 register by guest driver (which might be an expensive operation),
863 reducing interrupt sharing between devices and queues within the
864 device, and handling interrupts from multiple CPUs. However, some
865 systems impose a limit (which might be as low as 256) on the
866 total number of MSI-X vectors that can be allocated to all
867 devices. Devices and/or device drivers should take this into
868 account, limiting the number of vectors used unless the device is
869 expected to cause a high volume of interrupts. Devices can
870 control the number of vectors used by limiting the MSI-X Table
871 Size or not presenting MSI-X capability in PCI configuration
872 space. Drivers can control this by mapping events to as small
873 number of vectors as possible, or disabling MSI-X capability
874 altogether.
875
876   Message Framing
877
878 The descriptors used for a buffer should not effect the semantics
879 of the message, except for the total length of the buffer. For
880 example, a network buffer consists of a 10 byte header followed
881 by the network packet. Whether this is presented in the ring
882 descriptor chain as (say) a 10 byte buffer and a 1514 byte
883 buffer, or a single 1524 byte buffer, or even three buffers,
884 should have no effect.
885
886 In particular, no implementation should use the descriptor
887 boundaries to determine the size of any header in a request.[footnote:
888 The current qemu device implementations mistakenly insist that
889 the first descriptor cover the header in these cases exactly, so
890 a cautious driver should arrange it so.
891 ]
892
893   Device Improvements
894
895 Any change to configuration space, or new virtqueues, or
896 behavioural changes, should be indicated by negotiation of a new
897 feature bit. This establishes clarity[footnote:
898 Even if it does mean documenting design or implementation
899 mistakes!
900 ] and avoids future expansion problems.
901
902 Clusters of functionality which are always implemented together
903 can use a single bit, but if one feature makes sense without the
904 others they should not be gratuitously grouped together to
905 conserve feature bits. We can always extend the spec when the
906 first person needs more than 24 feature bits for their device.
907
908 [LaTeX Command: printnomenclature]
909
910 Appendix A: virtio_ring.h
911
912 #ifndef VIRTIO_RING_H
913
914 #define VIRTIO_RING_H
915
916 /* An interface for efficient virtio implementation.
917
918  *
919
920  * This header is BSD licensed so anyone can use the definitions
921
922  * to implement compatible drivers/servers.
923
924  *
925
926  * Copyright 2007, 2009, IBM Corporation
927
928  * Copyright 2011, Red Hat, Inc
929
930  * All rights reserved.
931
932  *
933
934  * Redistribution and use in source and binary forms, with or
935 without
936
937  * modification, are permitted provided that the following
938 conditions
939
940  * are met:
941
942  * 1. Redistributions of source code must retain the above
943 copyright
944
945  *    notice, this list of conditions and the following
946 disclaimer.
947
948  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above
949 copyright
950
951  *    notice, this list of conditions and the following
952 disclaimer in the
953
954  *    documentation and/or other materials provided with the
955 distribution.
956
957  * 3. Neither the name of IBM nor the names of its contributors
958
959  *    may be used to endorse or promote products derived from
960 this software
961
962  *    without specific prior written permission.
963
964  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
965 CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
966
967  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED
968 TO, THE
969
970  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A
971 PARTICULAR PURPOSE
972
973  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL IBM OR CONTRIBUTORS BE
974 LIABLE
975
976  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
977 CONSEQUENTIAL
978
979  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
980 SUBSTITUTE GOODS
981
982  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
983 INTERRUPTION)
984
985  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
986 CONTRACT, STRICT
987
988  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING
989 IN ANY WAY
990
991  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
992 POSSIBILITY OF
993
994  * SUCH DAMAGE.
995
996  */
997
998
999
1000 /* This marks a buffer as continuing via the next field. */
1001
1002 #define VRING_DESC_F_NEXT       1
1003
1004 /* This marks a buffer as write-only (otherwise read-only). */
1005
1006 #define VRING_DESC_F_WRITE      2
1007
1008
1009
1010 /* The Host uses this in used->flags to advise the Guest: don't
1011 kick me
1012
1013  * when you add a buffer.  It's unreliable, so it's simply an
1014
1015  * optimization.  Guest will still kick if it's out of buffers.
1016 */
1017
1018 #define VRING_USED_F_NO_NOTIFY  1
1019
1020 /* The Guest uses this in avail->flags to advise the Host: don't
1021
1022  * interrupt me when you consume a buffer.  It's unreliable, so
1023 it's
1024
1025  * simply an optimization.  */
1026
1027 #define VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT      1
1028
1029
1030
1031 /* Virtio ring descriptors: 16 bytes.
1032
1033  * These can chain together via "next". */
1034
1035 struct vring_desc {
1036
1037         /* Address (guest-physical). */
1038
1039         uint64_t addr;
1040
1041         /* Length. */
1042
1043         uint32_t len;
1044
1045         /* The flags as indicated above. */
1046
1047         uint16_t flags;
1048
1049         /* We chain unused descriptors via this, too */
1050
1051         uint16_t next;
1052
1053 };
1054
1055
1056
1057 struct vring_avail {
1058
1059         uint16_t flags;
1060
1061         uint16_t idx;
1062
1063         uint16_t ring[];
1064
1065         uint16_t used_event;
1066
1067 };
1068
1069
1070
1071 /* u32 is used here for ids for padding reasons. */
1072
1073 struct vring_used_elem {
1074
1075         /* Index of start of used descriptor chain. */
1076
1077         uint32_t id;
1078
1079         /* Total length of the descriptor chain which was written
1080 to. */
1081
1082         uint32_t len;
1083
1084 };
1085
1086
1087
1088 struct vring_used {
1089
1090         uint16_t flags;
1091
1092         uint16_t idx;
1093
1094         struct vring_used_elem ring[];
1095
1096         uint16_t avail_event;
1097
1098 };
1099
1100
1101
1102 struct vring {
1103
1104         unsigned int num;
1105
1106
1107
1108         struct vring_desc *desc;
1109
1110         struct vring_avail *avail;
1111
1112         struct vring_used *used;
1113
1114 };
1115
1116
1117
1118 /* The standard layout for the ring is a continuous chunk of
1119 memory which
1120
1121  * looks like this.  We assume num is a power of 2.
1122
1123  *
1124
1125  * struct vring {
1126
1127  *      // The actual descriptors (16 bytes each)
1128
1129  *      struct vring_desc desc[num];
1130
1131  *
1132
1133  *      // A ring of available descriptor heads with free-running
1134 index.
1135
1136  *      __u16 avail_flags;
1137
1138  *      __u16 avail_idx;
1139
1140  *      __u16 available[num];
1141
1142  *
1143
1144  *      // Padding to the next align boundary.
1145
1146  *      char pad[];
1147
1148  *
1149
1150  *      // A ring of used descriptor heads with free-running
1151 index.
1152
1153  *      __u16 used_flags;
1154
1155  *      __u16 EVENT_IDX;
1156
1157  *      struct vring_used_elem used[num];
1158
1159  * };
1160
1161  * Note: for virtio PCI, align is 4096.
1162
1163  */
1164
1165 static inline void vring_init(struct vring *vr, unsigned int num,
1166 void *p,
1167
1168                               unsigned long align)
1169
1170 {
1171
1172         vr->num = num;
1173
1174         vr->desc = p;
1175
1176         vr->avail = p + num*sizeof(struct vring_desc);
1177
1178         vr->used = (void *)(((unsigned long)&vr->avail->ring[num]
1179
1180                               + align-1)
1181
1182                             & ~(align - 1));
1183
1184 }
1185
1186
1187
1188 static inline unsigned vring_size(unsigned int num, unsigned long
1189 align)
1190
1191 {
1192
1193         return ((sizeof(struct vring_desc)*num +
1194 sizeof(uint16_t)*(2+num)
1195
1196                  + align - 1) & ~(align - 1))
1197
1198                 + sizeof(uint16_t)*3 + sizeof(struct
1199 vring_used_elem)*num;
1200
1201 }
1202
1203
1204
1205 static inline int vring_need_event(uint16_t event_idx, uint16_t
1206 new_idx, uint16_t old_idx)
1207
1208 {
1209
1210          return (uint16_t)(new_idx - event_idx - 1) <
1211 (uint16_t)(new_idx - old_idx);
1212
1213 }
1214
1215 #endif /* VIRTIO_RING_H */
1216
1217 <cha:Reserved-Feature-Bits>Appendix B: Reserved Feature Bits
1218
1219 Currently there are five device-independent feature bits defined:
1220
1221   VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY (24) Negotiating this feature
1222   indicates that the driver wants an interrupt if the device runs
1223   out of available descriptors on a virtqueue, even though
1224   interrupts are suppressed using the VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT
1225   flag or the used_event field. An example of this is the
1226   networking driver: it doesn't need to know every time a packet
1227   is transmitted, but it does need to free the transmitted
1228   packets a finite time after they are transmitted. It can avoid
1229   using a timer if the device interrupts it when all the packets
1230   are transmitted.
1231
1232   VIRTIO_F_RING_INDIRECT_DESC (28) Negotiating this feature
1233   indicates that the driver can use descriptors with the
1234   VRING_DESC_F_INDIRECT flag set, as described in [sub:Indirect-Descriptors]
1235   .
1236
1237   VIRTIO_F_RING_EVENT_IDX(29) This feature enables the used_event
1238   and the avail_event fields. If set, it indicates that the
1239   device should ignore the flags field in the available ring
1240   structure. Instead, the used_event field in this structure is
1241   used by guest to suppress device interrupts. Further, the
1242   driver should ignore the flags field in the used ring
1243   structure. Instead, the avail_event field in this structure is
1244   used by the device to suppress notifications. If unset, the
1245   driver should ignore the used_event field; the device should
1246   ignore the avail_event field; the flags field is used
1247
1248 Appendix C: Network Device
1249
1250 The virtio network device is a virtual ethernet card, and is the
1251 most complex of the devices supported so far by virtio. It has
1252 enhanced rapidly and demonstrates clearly how support for new
1253 features should be added to an existing device. Empty buffers are
1254 placed in one virtqueue for receiving packets, and outgoing
1255 packets are enqueued into another for transmission in that order.
1256 A third command queue is used to control advanced filtering
1257 features.
1258
1259   Configuration
1260
1261   Subsystem Device ID 1
1262
1263   Virtqueues 0:receiveq. 1:transmitq. 2:controlq[footnote:
1264 Only if VIRTIO_NET_F_CTRL_VQ set
1265 ]
1266
1267   Feature bits
1268
1269   VIRTIO_NET_F_CSUM (0) Device handles packets with partial
1270     checksum
1271
1272   VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM (1) Guest handles packets with partial
1273     checksum
1274
1275   VIRTIO_NET_F_MAC (5) Device has given MAC address.
1276
1277   VIRTIO_NET_F_GSO (6) (Deprecated) device handles packets with
1278     any GSO type.[footnote:
1279 It was supposed to indicate segmentation offload support, but
1280 upon further investigation it became clear that multiple bits
1281 were required.
1282 ]
1283
1284   VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4 (7) Guest can receive TSOv4.
1285
1286   VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6 (8) Guest can receive TSOv6.
1287
1288   VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN (9) Guest can receive TSO with ECN.
1289
1290   VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO (10) Guest can receive UFO.
1291
1292   VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4 (11) Device can receive TSOv4.
1293
1294   VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6 (12) Device can receive TSOv6.
1295
1296   VIRTIO_NET_F_HOST_ECN (13) Device can receive TSO with ECN.
1297
1298   VIRTIO_NET_F_HOST_UFO (14) Device can receive UFO.
1299
1300   VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF (15) Guest can merge receive buffers.
1301
1302   VIRTIO_NET_F_STATUS (16) Configuration status field is
1303     available.
1304
1305   VIRTIO_NET_F_CTRL_VQ (17) Control channel is available.
1306
1307   VIRTIO_NET_F_CTRL_RX (18) Control channel RX mode support.
1308
1309   VIRTIO_NET_F_CTRL_VLAN (19) Control channel VLAN filtering.
1310
1311   VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE(21) Guest can send gratuitous
1312     packets.
1313
1314   Device configuration layout Two configuration fields are
1315   currently defined. The mac address field always exists (though
1316   is only valid if VIRTIO_NET_F_MAC is set), and the status field
1317   only exists if VIRTIO_NET_F_STATUS is set. Two read-only bits
1318   are currently defined for the status field:
1319   VIRTIO_NET_S_LINK_UP and VIRTIO_NET_S_ANNOUNCE. #define VIRTIO_NET_S_LINK_UP  1
1320
1321 #define VIRTIO_NET_S_ANNOUNCE   2
1322
1323
1324
1325 struct virtio_net_config {
1326
1327     u8 mac[6];
1328
1329     u16 status;
1330
1331 };
1332
1333   Device Initialization
1334
1335   The initialization routine should identify the receive and
1336   transmission virtqueues.
1337
1338   If the VIRTIO_NET_F_MAC feature bit is set, the configuration
1339   space “mac” entry indicates the “physical” address of the the
1340   network card, otherwise a private MAC address should be
1341   assigned. All guests are expected to negotiate this feature if
1342   it is set.
1343
1344   If the VIRTIO_NET_F_CTRL_VQ feature bit is negotiated, identify
1345   the control virtqueue.
1346
1347   If the VIRTIO_NET_F_STATUS feature bit is negotiated, the link
1348   status can be read from the bottom bit of the “status” config
1349   field. Otherwise, the link should be assumed active.
1350
1351   The receive virtqueue should be filled with receive buffers.
1352   This is described in detail below in “Setting Up Receive
1353   Buffers”.
1354
1355   A driver can indicate that it will generate checksumless
1356   packets by negotating the VIRTIO_NET_F_CSUM feature. This “
1357   checksum offload” is a common feature on modern network cards.
1358
1359   If that feature is negotiated[footnote:
1360 ie. VIRTIO_NET_F_HOST_TSO* and VIRTIO_NET_F_HOST_UFO are
1361 dependent on VIRTIO_NET_F_CSUM; a dvice which offers the offload
1362 features must offer the checksum feature, and a driver which
1363 accepts the offload features must accept the checksum feature.
1364 Similar logic applies to the VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4 features
1365 depending on VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM.
1366 ], a driver can use TCP or UDP segmentation offload by
1367   negotiating the VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4 (IPv4 TCP),
1368   VIRTIO_NET_F_HOST_TSO6 (IPv6 TCP) and VIRTIO_NET_F_HOST_UFO
1369   (UDP fragmentation) features. It should not send TCP packets
1370   requiring segmentation offload which have the Explicit
1371   Congestion Notification bit set, unless the
1372   VIRTIO_NET_F_HOST_ECN feature is negotiated.[footnote:
1373 This is a common restriction in real, older network cards.
1374 ]
1375
1376   The converse features are also available: a driver can save the
1377   virtual device some work by negotiating these features.[footnote:
1378 For example, a network packet transported between two guests on
1379 the same system may not require checksumming at all, nor
1380 segmentation, if both guests are amenable.
1381 ] The VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM feature indicates that partially
1382   checksummed packets can be received, and if it can do that then
1383   the VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6,
1384   VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO and VIRTIO_NET_F_GUEST_ECN are the input
1385   equivalents of the features described above. See “Receiving
1386   Packets” below.
1387
1388   Device Operation
1389
1390 Packets are transmitted by placing them in the transmitq, and
1391 buffers for incoming packets are placed in the receiveq. In each
1392 case, the packet itself is preceeded by a header:
1393
1394 struct virtio_net_hdr {
1395
1396 #define VIRTIO_NET_HDR_F_NEEDS_CSUM    1
1397
1398         u8 flags;
1399
1400 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE        0
1401
1402 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV4       1
1403
1404 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_UDP           3
1405
1406 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV6       4
1407
1408 #define VIRTIO_NET_HDR_GSO_ECN      0x80
1409
1410         u8 gso_type;
1411
1412         u16 hdr_len;
1413
1414         u16 gso_size;
1415
1416         u16 csum_start;
1417
1418         u16 csum_offset;
1419
1420 /* Only if VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF: */
1421
1422         u16 num_buffers
1423
1424 };
1425
1426 The controlq is used to control device features such as
1427 filtering.
1428
1429   Packet Transmission
1430
1431 Transmitting a single packet is simple, but varies depending on
1432 the different features the driver negotiated.
1433
1434   If the driver negotiated VIRTIO_NET_F_CSUM, and the packet has
1435   not been fully checksummed, then the virtio_net_hdr's fields
1436   are set as follows. Otherwise, the packet must be fully
1437   checksummed, and flags is zero.
1438
1439   flags has the VIRTIO_NET_HDR_F_NEEDS_CSUM set,
1440
1441   <ite:csum_start-is-set>csum_start is set to the offset within
1442     the packet to begin checksumming, and
1443
1444   csum_offset indicates how many bytes after the csum_start the
1445     new (16 bit ones' complement) checksum should be placed.[footnote:
1446 For example, consider a partially checksummed TCP (IPv4) packet.
1447 It will have a 14 byte ethernet header and 20 byte IP header
1448 followed by the TCP header (with the TCP checksum field 16 bytes
1449 into that header). csum_start will be 14+20 = 34 (the TCP
1450 checksum includes the header), and csum_offset will be 16. The
1451 value in the TCP checksum field should be initialized to the sum
1452 of the TCP pseudo header, so that replacing it by the ones'
1453 complement checksum of the TCP header and body will give the
1454 correct result.
1455 ]
1456
1457   <enu:If-the-driver>If the driver negotiated
1458   VIRTIO_NET_F_HOST_TSO4, TSO6 or UFO, and the packet requires
1459   TCP segmentation or UDP fragmentation, then the “gso_type”
1460   field is set to VIRTIO_NET_HDR_GSO_TCPV4, TCPV6 or UDP.
1461   (Otherwise, it is set to VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE). In this
1462   case, packets larger than 1514 bytes can be transmitted: the
1463   metadata indicates how to replicate the packet header to cut it
1464   into smaller packets. The other gso fields are set:
1465
1466   hdr_len is a hint to the device as to how much of the header
1467     needs to be kept to copy into each packet, usually set to the
1468     length of the headers, including the transport header.[footnote:
1469 Due to various bugs in implementations, this field is not useful
1470 as a guarantee of the transport header size.
1471 ]
1472
1473   gso_size is the maximum size of each packet beyond that header
1474     (ie. MSS).
1475
1476   If the driver negotiated the VIRTIO_NET_F_HOST_ECN feature, the
1477     VIRTIO_NET_HDR_GSO_ECN bit may be set in “gso_type” as well,
1478     indicating that the TCP packet has the ECN bit set.[footnote:
1479 This case is not handled by some older hardware, so is called out
1480 specifically in the protocol.
1481 ]
1482
1483   If the driver negotiated the VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF feature,
1484   the num_buffers field is set to zero.
1485
1486   The header and packet are added as one output buffer to the
1487   transmitq, and the device is notified of the new entry (see [sub:Notifying-The-Device]
1488   ).[footnote:
1489 Note that the header will be two bytes longer for the
1490 VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF case.
1491 ]
1492
1493   Packet Transmission Interrupt
1494
1495 Often a driver will suppress transmission interrupts using the
1496 VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT flag (see [sub:Receiving-Used-Buffers]
1497 ) and check for used packets in the transmit path of following
1498 packets. However, it will still receive interrupts if the
1499 VIRTIO_F_NOTIFY_ON_EMPTY feature is negotiated, indicating that
1500 the transmission queue is completely emptied.
1501
1502 The normal behavior in this interrupt handler is to retrieve and
1503 new descriptors from the used ring and free the corresponding
1504 headers and packets.
1505
1506   Setting Up Receive Buffers
1507
1508 It is generally a good idea to keep the receive virtqueue as
1509 fully populated as possible: if it runs out, network performance
1510 will suffer.
1511
1512 If the VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4, VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO6 or
1513 VIRTIO_NET_F_GUEST_UFO features are used, the Guest will need to
1514 accept packets of up to 65550 bytes long (the maximum size of a
1515 TCP or UDP packet, plus the 14 byte ethernet header), otherwise
1516 1514 bytes. So unless VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF is negotiated, every
1517 buffer in the receive queue needs to be at least this length [footnote:
1518 Obviously each one can be split across multiple descriptor
1519 elements.
1520 ].
1521
1522 If VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF is negotiated, each buffer must be at
1523 least the size of the struct virtio_net_hdr.
1524
1525   Packet Receive Interrupt
1526
1527 When a packet is copied into a buffer in the receiveq, the
1528 optimal path is to disable further interrupts for the receiveq
1529 (see [sub:Receiving-Used-Buffers]) and process packets until no
1530 more are found, then re-enable them.
1531
1532 Processing packet involves:
1533
1534   If the driver negotiated the VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF feature,
1535   then the “num_buffers” field indicates how many descriptors
1536   this packet is spread over (including this one). This allows
1537   receipt of large packets without having to allocate large
1538   buffers. In this case, there will be at least “num_buffers” in
1539   the used ring, and they should be chained together to form a
1540   single packet. The other buffers will not begin with a struct
1541   virtio_net_hdr.
1542
1543   If the VIRTIO_NET_F_MRG_RXBUF feature was not negotiated, or
1544   the “num_buffers” field is one, then the entire packet will be
1545   contained within this buffer, immediately following the struct
1546   virtio_net_hdr.
1547
1548   If the VIRTIO_NET_F_GUEST_CSUM feature was negotiated, the
1549   VIRTIO_NET_HDR_F_NEEDS_CSUM bit in the “flags” field may be
1550   set: if so, the checksum on the packet is incomplete and the “
1551   csum_start” and “csum_offset” fields indicate how to calculate
1552   it (see [ite:csum_start-is-set]).
1553
1554   If the VIRTIO_NET_F_GUEST_TSO4, TSO6 or UFO options were
1555   negotiated, then the “gso_type” may be something other than
1556   VIRTIO_NET_HDR_GSO_NONE, and the “gso_size” field indicates the
1557   desired MSS (see [enu:If-the-driver]).
1558
1559   Control Virtqueue
1560
1561 The driver uses the control virtqueue (if VIRTIO_NET_F_VTRL_VQ is
1562 negotiated) to send commands to manipulate various features of
1563 the device which would not easily map into the configuration
1564 space.
1565
1566 All commands are of the following form:
1567
1568 struct virtio_net_ctrl {
1569
1570         u8 class;
1571
1572         u8 command;
1573
1574         u8 command-specific-data[];
1575
1576         u8 ack;
1577
1578 };
1579
1580
1581
1582 /* ack values */
1583
1584 #define VIRTIO_NET_OK     0
1585
1586 #define VIRTIO_NET_ERR    1
1587
1588 The class, command and command-specific-data are set by the
1589 driver, and the device sets the ack byte. There is little it can
1590 do except issue a diagnostic if the ack byte is not
1591 VIRTIO_NET_OK.
1592
1593   Packet Receive Filtering
1594
1595 If the VIRTIO_NET_F_CTRL_RX feature is negotiated, the driver can
1596 send control commands for promiscuous mode, multicast receiving,
1597 and filtering of MAC addresses.
1598
1599 Note that in general, these commands are best-effort: unwanted
1600 packets may still arrive.
1601
1602   Setting Promiscuous Mode
1603
1604 #define VIRTIO_NET_CTRL_RX    0
1605
1606  #define VIRTIO_NET_CTRL_RX_PROMISC      0
1607
1608  #define VIRTIO_NET_CTRL_RX_ALLMULTI     1
1609
1610 The class VIRTIO_NET_CTRL_RX has two commands:
1611 VIRTIO_NET_CTRL_RX_PROMISC turns promiscuous mode on and off, and
1612 VIRTIO_NET_CTRL_RX_ALLMULTI turns all-multicast receive on and
1613 off. The command-specific-data is one byte containing 0 (off) or
1614 1 (on).
1615
1616   Setting MAC Address Filtering
1617
1618 struct virtio_net_ctrl_mac {
1619
1620         u32 entries;
1621
1622         u8 macs[entries][ETH_ALEN];
1623
1624 };
1625
1626
1627
1628 #define VIRTIO_NET_CTRL_MAC    1
1629
1630  #define VIRTIO_NET_CTRL_MAC_TABLE_SET        0
1631
1632 The device can filter incoming packets by any number of
1633 destination MAC addresses.[footnote:
1634 Since there are no guarentees, it can use a hash filter
1635 orsilently switch to allmulti or promiscuous mode if it is given
1636 too many addresses.
1637 ] This table is set using the class VIRTIO_NET_CTRL_MAC and the
1638 command VIRTIO_NET_CTRL_MAC_TABLE_SET. The command-specific-data
1639 is two variable length tables of 6-byte MAC addresses. The first
1640 table contains unicast addresses, and the second contains
1641 multicast addresses.
1642
1643   VLAN Filtering
1644
1645 If the driver negotiates the VIRTION_NET_F_CTRL_VLAN feature, it
1646 can control a VLAN filter table in the device.
1647
1648 #define VIRTIO_NET_CTRL_VLAN       2
1649
1650  #define VIRTIO_NET_CTRL_VLAN_ADD             0
1651
1652  #define VIRTIO_NET_CTRL_VLAN_DEL             1
1653
1654 Both the VIRTIO_NET_CTRL_VLAN_ADD and VIRTIO_NET_CTRL_VLAN_DEL
1655 command take a 16-bit VLAN id as the command-specific-data.
1656
1657   Gratuitous Packet Sending
1658
1659 If the driver negotiates the VIRTIO_NET_F_GUEST_ANNOUNCE (depends
1660 on VIRTIO_NET_F_CTRL_VQ), it can ask the guest to send gratuitous
1661 packets; this is usually done after the guest has been physically
1662 migrated, and needs to announce its presence on the new network
1663 links. (As hypervisor does not have the knowledge of guest
1664 network configuration (eg. tagged vlan) it is simplest to prod
1665 the guest in this way).
1666
1667 #define VIRTIO_NET_CTRL_ANNOUNCE       3
1668
1669  #define VIRTIO_NET_CTRL_ANNOUNCE_ACK             0
1670
1671 The Guest needs to check VIRTIO_NET_S_ANNOUNCE bit in status
1672 field when it notices the changes of device configuration. The
1673 command VIRTIO_NET_CTRL_ANNOUNCE_ACK is used to indicate that
1674 driver has recevied the notification and device would clear the
1675 VIRTIO_NET_S_ANNOUNCE bit in the status filed after it received
1676 this command.
1677
1678 Processing this notification involves:
1679
1680   Sending the gratuitous packets or marking there are pending
1681   gratuitous packets to be sent and letting deferred routine to
1682   send them.
1683
1684   Sending VIRTIO_NET_CTRL_ANNOUNCE_ACK command through control
1685   vq.
1686
1687   .
1688
1689 Appendix D: Block Device
1690
1691 The virtio block device is a simple virtual block device (ie.
1692 disk). Read and write requests (and other exotic requests) are
1693 placed in the queue, and serviced (probably out of order) by the
1694 device except where noted.
1695
1696   Configuration
1697
1698   Subsystem Device ID 2
1699
1700   Virtqueues 0:requestq.
1701
1702   Feature bits
1703
1704   VIRTIO_BLK_F_BARRIER (0) Host supports request barriers.
1705
1706   VIRTIO_BLK_F_SIZE_MAX (1) Maximum size of any single segment is
1707     in “size_max”.
1708
1709   VIRTIO_BLK_F_SEG_MAX (2) Maximum number of segments in a
1710     request is in “seg_max”.
1711
1712   VIRTIO_BLK_F_GEOMETRY (4) Disk-style geometry specified in “
1713     geometry”.
1714
1715   VIRTIO_BLK_F_RO (5) Device is read-only.
1716
1717   VIRTIO_BLK_F_BLK_SIZE (6) Block size of disk is in “blk_size”.
1718
1719   VIRTIO_BLK_F_SCSI (7) Device supports scsi packet commands.
1720
1721   VIRTIO_BLK_F_FLUSH (9) Cache flush command support.
1722
1723   Device configuration layout The capacity of the device
1724   (expressed in 512-byte sectors) is always present. The
1725   availability of the others all depend on various feature bits
1726   as indicated above. struct virtio_blk_config {
1727
1728         u64 capacity;
1729
1730         u32 size_max;
1731
1732         u32 seg_max;
1733
1734         struct virtio_blk_geometry {
1735
1736                 u16 cylinders;
1737
1738                 u8 heads;
1739
1740                 u8 sectors;
1741
1742         } geometry;
1743
1744         u32 blk_size;
1745
1746
1747
1748 };
1749
1750   Device Initialization
1751
1752   The device size should be read from the “capacity”
1753   configuration field. No requests should be submitted which goes
1754   beyond this limit.
1755
1756   If the VIRTIO_BLK_F_BLK_SIZE feature is negotiated, the
1757   blk_size field can be read to determine the optimal sector size
1758   for the driver to use. This does not effect the units used in
1759   the protocol (always 512 bytes), but awareness of the correct
1760   value can effect performance.
1761
1762   If the VIRTIO_BLK_F_RO feature is set by the device, any write
1763   requests will fail.
1764
1765   Device Operation
1766
1767 The driver queues requests to the virtqueue, and they are used by
1768 the device (not necessarily in order). Each request is of form:
1769
1770 struct virtio_blk_req {
1771
1772
1773
1774         u32 type;
1775
1776         u32 ioprio;
1777
1778         u64 sector;
1779
1780         char data[][512];
1781
1782         u8 status;
1783
1784 };
1785
1786 If the device has VIRTIO_BLK_F_SCSI feature, it can also support
1787 scsi packet command requests, each of these requests is of form:struct virtio_scsi_pc_req {
1788
1789         u32 type;
1790
1791         u32 ioprio;
1792
1793         u64 sector;
1794
1795     char cmd[];
1796
1797         char data[][512];
1798
1799 #define SCSI_SENSE_BUFFERSIZE   96
1800
1801     u8 sense[SCSI_SENSE_BUFFERSIZE];
1802
1803     u32 errors;
1804
1805     u32 data_len;
1806
1807     u32 sense_len;
1808
1809     u32 residual;
1810
1811         u8 status;
1812
1813 };
1814
1815 The type of the request is either a read (VIRTIO_BLK_T_IN), a
1816 write (VIRTIO_BLK_T_OUT), a scsi packet command
1817 (VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD or VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD_OUT[footnote:
1818 the SCSI_CMD and SCSI_CMD_OUT types are equivalent, the device
1819 does not distinguish between them
1820 ]) or a flush (VIRTIO_BLK_T_FLUSH or VIRTIO_BLK_T_FLUSH_OUT[footnote:
1821 the FLUSH and FLUSH_OUT types are equivalent, the device does not
1822 distinguish between them
1823 ]). If the device has VIRTIO_BLK_F_BARRIER feature the high bit
1824 (VIRTIO_BLK_T_BARRIER) indicates that this request acts as a
1825 barrier and that all preceeding requests must be complete before
1826 this one, and all following requests must not be started until
1827 this is complete. Note that a barrier does not flush caches in
1828 the underlying backend device in host, and thus does not serve as
1829 data consistency guarantee. Driver must use FLUSH request to
1830 flush the host cache.
1831
1832 #define VIRTIO_BLK_T_IN           0
1833
1834 #define VIRTIO_BLK_T_OUT          1
1835
1836 #define VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD     2
1837
1838 #define VIRTIO_BLK_T_SCSI_CMD_OUT 3
1839
1840 #define VIRTIO_BLK_T_FLUSH        4
1841
1842 #define VIRTIO_BLK_T_FLUSH_OUT    5
1843
1844 #define VIRTIO_BLK_T_BARRIER     0x80000000
1845
1846 The ioprio field is a hint about the relative priorities of
1847 requests to the device: higher numbers indicate more important
1848 requests.
1849
1850 The sector number indicates the offset (multiplied by 512) where
1851 the read or write is to occur. This field is unused and set to 0
1852 for scsi packet commands and for flush commands.
1853
1854 The cmd field is only present for scsi packet command requests,
1855 and indicates the command to perform. This field must reside in a
1856 single, separate read-only buffer; command length can be derived
1857 from the length of this buffer.
1858
1859 Note that these first three (four for scsi packet commands)
1860 fields are always read-only: the data field is either read-only
1861 or write-only, depending on the request. The size of the read or
1862 write can be derived from the total size of the request buffers.
1863
1864 The sense field is only present for scsi packet command requests,
1865 and indicates the buffer for scsi sense data.
1866
1867 The data_len field is only present for scsi packet command
1868 requests, this field is deprecated, and should be ignored by the
1869 driver. Historically, devices copied data length there.
1870
1871 The sense_len field is only present for scsi packet command
1872 requests and indicates the number of bytes actually written to
1873 the sense buffer.
1874
1875 The residual field is only present for scsi packet command
1876 requests and indicates the residual size, calculated as data
1877 length - number of bytes actually transferred.
1878
1879 The final status byte is written by the device: either
1880 VIRTIO_BLK_S_OK for success, VIRTIO_BLK_S_IOERR for host or guest
1881 error or VIRTIO_BLK_S_UNSUPP for a request unsupported by host:#define VIRTIO_BLK_S_OK        0
1882
1883 #define VIRTIO_BLK_S_IOERR     1
1884
1885 #define VIRTIO_BLK_S_UNSUPP    2
1886
1887 Historically, devices assumed that the fields type, ioprio and
1888 sector reside in a single, separate read-only buffer; the fields
1889 errors, data_len, sense_len and residual reside in a single,
1890 separate write-only buffer; the sense field in a separate
1891 write-only buffer of size 96 bytes, by itself; the fields errors,
1892 data_len, sense_len and residual in a single write-only buffer;
1893 and the status field is a separate read-only buffer of size 1
1894 byte, by itself.
1895
1896 Appendix E: Console Device
1897
1898 The virtio console device is a simple device for data input and
1899 output. A device may have one or more ports. Each port has a pair
1900 of input and output virtqueues. Moreover, a device has a pair of
1901 control IO virtqueues. The control virtqueues are used to
1902 communicate information between the device and the driver about
1903 ports being opened and closed on either side of the connection,
1904 indication from the host about whether a particular port is a
1905 console port, adding new ports, port hot-plug/unplug, etc., and
1906 indication from the guest about whether a port or a device was
1907 successfully added, port open/close, etc.. For data IO, one or
1908 more empty buffers are placed in the receive queue for incoming
1909 data and outgoing characters are placed in the transmit queue.
1910
1911   Configuration
1912
1913   Subsystem Device ID 3
1914
1915   Virtqueues 0:receiveq(port0). 1:transmitq(port0), 2:control
1916   receiveq[footnote:
1917 Ports 2 onwards only if VIRTIO_CONSOLE_F_MULTIPORT is set
1918 ], 3:control transmitq, 4:receiveq(port1), 5:transmitq(port1),
1919   ...
1920
1921   Feature bits
1922
1923   VIRTIO_CONSOLE_F_SIZE (0) Configuration cols and rows fields
1924     are valid.
1925
1926   VIRTIO_CONSOLE_F_MULTIPORT(1) Device has support for multiple
1927     ports; configuration fields nr_ports and max_nr_ports are
1928     valid and control virtqueues will be used.
1929
1930   Device configuration layout The size of the console is supplied
1931   in the configuration space if the VIRTIO_CONSOLE_F_SIZE feature
1932   is set. Furthermore, if the VIRTIO_CONSOLE_F_MULTIPORT feature
1933   is set, the maximum number of ports supported by the device can
1934   be fetched.struct virtio_console_config {
1935
1936         u16 cols;
1937
1938         u16 rows;
1939
1940
1941
1942         u32 max_nr_ports;
1943
1944 };
1945
1946   Device Initialization
1947
1948   If the VIRTIO_CONSOLE_F_SIZE feature is negotiated, the driver
1949   can read the console dimensions from the configuration fields.
1950
1951   If the VIRTIO_CONSOLE_F_MULTIPORT feature is negotiated, the
1952   driver can spawn multiple ports, not all of which may be
1953   attached to a console. Some could be generic ports. In this
1954   case, the control virtqueues are enabled and according to the
1955   max_nr_ports configuration-space value, the appropriate number
1956   of virtqueues are created. A control message indicating the
1957   driver is ready is sent to the host. The host can then send
1958   control messages for adding new ports to the device. After
1959   creating and initializing each port, a
1960   VIRTIO_CONSOLE_PORT_READY control message is sent to the host
1961   for that port so the host can let us know of any additional
1962   configuration options set for that port.
1963
1964   The receiveq for each port is populated with one or more
1965   receive buffers.
1966
1967   Device Operation
1968
1969   For output, a buffer containing the characters is placed in the
1970   port's transmitq.[footnote:
1971 Because this is high importance and low bandwidth, the current
1972 Linux implementation polls for the buffer to be used, rather than
1973 waiting for an interrupt, simplifying the implementation
1974 significantly. However, for generic serial ports with the
1975 O_NONBLOCK flag set, the polling limitation is relaxed and the
1976 consumed buffers are freed upon the next write or poll call or
1977 when a port is closed or hot-unplugged.
1978 ]
1979
1980   When a buffer is used in the receiveq (signalled by an
1981   interrupt), the contents is the input to the port associated
1982   with the virtqueue for which the notification was received.
1983
1984   If the driver negotiated the VIRTIO_CONSOLE_F_SIZE feature, a
1985   configuration change interrupt may occur. The updated size can
1986   be read from the configuration fields.
1987
1988   If the driver negotiated the VIRTIO_CONSOLE_F_MULTIPORT
1989   feature, active ports are announced by the host using the
1990   VIRTIO_CONSOLE_PORT_ADD control message. The same message is
1991   used for port hot-plug as well.
1992
1993   If the host specified a port `name', a sysfs attribute is
1994   created with the name filled in, so that udev rules can be
1995   written that can create a symlink from the port's name to the
1996   char device for port discovery by applications in the guest.
1997
1998   Changes to ports' state are effected by control messages.
1999   Appropriate action is taken on the port indicated in the
2000   control message. The layout of the structure of the control
2001   buffer and the events associated are:struct virtio_console_control {
2002
2003         uint32_t id;    /* Port number */
2004
2005         uint16_t event; /* The kind of control event */
2006
2007         uint16_t value; /* Extra information for the event */
2008
2009 };
2010
2011
2012
2013 /* Some events for the internal messages (control packets) */
2014
2015
2016
2017 #define VIRTIO_CONSOLE_DEVICE_READY     0
2018
2019 #define VIRTIO_CONSOLE_PORT_ADD         1
2020
2021 #define VIRTIO_CONSOLE_PORT_REMOVE      2
2022
2023 #define VIRTIO_CONSOLE_PORT_READY       3
2024
2025 #define VIRTIO_CONSOLE_CONSOLE_PORT     4
2026
2027 #define VIRTIO_CONSOLE_RESIZE           5
2028
2029 #define VIRTIO_CONSOLE_PORT_OPEN        6
2030
2031 #define VIRTIO_CONSOLE_PORT_NAME        7
2032
2033 Appendix F: Entropy Device
2034
2035 The virtio entropy device supplies high-quality randomness for
2036 guest use.
2037
2038   Configuration
2039
2040   Subsystem Device ID 4
2041
2042   Virtqueues 0:requestq.
2043
2044   Feature bits None currently defined
2045
2046   Device configuration layout None currently defined.
2047
2048   Device Initialization
2049
2050   The virtqueue is initialized
2051
2052   Device Operation
2053
2054 When the driver requires random bytes, it places the descriptor
2055 of one or more buffers in the queue. It will be completely filled
2056 by random data by the device.
2057
2058 Appendix G: Memory Balloon Device
2059
2060 The virtio memory balloon device is a primitive device for
2061 managing guest memory: the device asks for a certain amount of
2062 memory, and the guest supplies it (or withdraws it, if the device
2063 has more than it asks for). This allows the guest to adapt to
2064 changes in allowance of underlying physical memory. If the
2065 feature is negotiated, the device can also be used to communicate
2066 guest memory statistics to the host.
2067
2068   Configuration
2069
2070   Subsystem Device ID 5
2071
2072   Virtqueues 0:inflateq. 1:deflateq. 2:statsq.[footnote:
2073 Only if VIRTIO_BALLON_F_STATS_VQ set
2074 ]
2075
2076   Feature bits
2077
2078   VIRTIO_BALLOON_F_MUST_TELL_HOST (0) Host must be told before
2079     pages from the balloon are used.
2080
2081   VIRTIO_BALLOON_F_STATS_VQ (1) A virtqueue for reporting guest
2082     memory statistics is present.
2083
2084   Device configuration layout Both fields of this configuration
2085   are always available. Note that they are little endian, despite
2086   convention that device fields are guest endian:struct virtio_balloon_config {
2087
2088         u32 num_pages;
2089
2090         u32 actual;
2091
2092 };
2093
2094   Device Initialization
2095
2096   The inflate and deflate virtqueues are identified.
2097
2098   If the VIRTIO_BALLOON_F_STATS_VQ feature bit is negotiated:
2099
2100   Identify the stats virtqueue.
2101
2102   Add one empty buffer to the stats virtqueue and notify the
2103     host.
2104
2105 Device operation begins immediately.
2106
2107   Device Operation
2108
2109   Memory Ballooning The device is driven by the receipt of a
2110   configuration change interrupt.
2111
2112   The “num_pages” configuration field is examined. If this is
2113   greater than the “actual” number of pages, memory must be given
2114   to the balloon. If it is less than the “actual” number of
2115   pages, memory may be taken back from the balloon for general
2116   use.
2117
2118   To supply memory to the balloon (aka. inflate):
2119
2120   The driver constructs an array of addresses of unused memory
2121     pages. These addresses are divided by 4096[footnote:
2122 This is historical, and independent of the guest page size
2123 ] and the descriptor describing the resulting 32-bit array is
2124     added to the inflateq.
2125
2126   To remove memory from the balloon (aka. deflate):
2127
2128   The driver constructs an array of addresses of memory pages it
2129     has previously given to the balloon, as described above. This
2130     descriptor is added to the deflateq.
2131
2132   If the VIRTIO_BALLOON_F_MUST_TELL_HOST feature is set, the
2133     guest may not use these requested pages until that descriptor
2134     in the deflateq has been used by the device.
2135
2136   Otherwise, the guest may begin to re-use pages previously given
2137     to the balloon before the device has acknowledged their
2138     withdrawl. [footnote:
2139 In this case, deflation advice is merely a courtesy
2140 ]
2141
2142   In either case, once the device has completed the inflation or
2143   deflation, the “actual” field of the configuration should be
2144   updated to reflect the new number of pages in the balloon.[footnote:
2145 As updates to configuration space are not atomic, this field
2146 isn't particularly reliable, but can be used to diagnose buggy
2147 guests.
2148 ]
2149
2150   Memory Statistics
2151
2152 The stats virtqueue is atypical because communication is driven
2153 by the device (not the driver). The channel becomes active at
2154 driver initialization time when the driver adds an empty buffer
2155 and notifies the device. A request for memory statistics proceeds
2156 as follows:
2157
2158   The device pushes the buffer onto the used ring and sends an
2159   interrupt.
2160
2161   The driver pops the used buffer and discards it.
2162
2163   The driver collects memory statistics and writes them into a
2164   new buffer.
2165
2166   The driver adds the buffer to the virtqueue and notifies the
2167   device.
2168
2169   The device pops the buffer (retaining it to initiate a
2170   subsequent request) and consumes the statistics.
2171
2172   Memory Statistics Format Each statistic consists of a 16 bit
2173   tag and a 64 bit value. Both quantities are represented in the
2174   native endian of the guest. All statistics are optional and the
2175   driver may choose which ones to supply. To guarantee backwards
2176   compatibility, unsupported statistics should be omitted.
2177
2178   struct virtio_balloon_stat {
2179
2180 #define VIRTIO_BALLOON_S_SWAP_IN  0
2181
2182 #define VIRTIO_BALLOON_S_SWAP_OUT 1
2183
2184 #define VIRTIO_BALLOON_S_MAJFLT   2
2185
2186 #define VIRTIO_BALLOON_S_MINFLT   3
2187
2188 #define VIRTIO_BALLOON_S_MEMFREE  4
2189
2190 #define VIRTIO_BALLOON_S_MEMTOT   5
2191
2192         u16 tag;
2193
2194         u64 val;
2195
2196 } __attribute__((packed));
2197
2198   Tags
2199
2200   VIRTIO_BALLOON_S_SWAP_IN The amount of memory that has been
2201   swapped in (in bytes).
2202
2203   VIRTIO_BALLOON_S_SWAP_OUT The amount of memory that has been
2204   swapped out to disk (in bytes).
2205
2206   VIRTIO_BALLOON_S_MAJFLT The number of major page faults that
2207   have occurred.
2208
2209   VIRTIO_BALLOON_S_MINFLT The number of minor page faults that
2210   have occurred.
2211
2212   VIRTIO_BALLOON_S_MEMFREE The amount of memory not being used
2213   for any purpose (in bytes).
2214
2215   VIRTIO_BALLOON_S_MEMTOT The total amount of memory available
2216   (in bytes).
2217
2218 Appendix H: Rpmsg: Remote Processor Messaging
2219
2220 Virtio rpmsg devices represent remote processors on the system
2221 which run in asymmetric multi-processing (AMP) configuration, and
2222 which are usually used to offload cpu-intensive tasks from the
2223 main application processor (a typical SoC methodology).
2224
2225 Virtio is being used to communicate with those remote processors;
2226 empty buffers are placed in one virtqueue for receiving messages,
2227 and non-empty buffers, containing outbound messages, are enqueued
2228 in a second virtqueue for transmission.
2229
2230 Numerous communication channels can be multiplexed over those two
2231 virtqueues, so different entities, running on the application and
2232 remote processor, can directly communicate in a point-to-point
2233 fashion.
2234
2235   Configuration
2236
2237   Subsystem Device ID 7
2238
2239   Virtqueues 0:receiveq. 1:transmitq.
2240
2241   Feature bits
2242
2243   VIRTIO_RPMSG_F_NS (0) Device sends (and capable of receiving)
2244     name service messages announcing the creation (or
2245     destruction) of a channel:/**
2246
2247  * struct rpmsg_ns_msg - dynamic name service announcement
2248 message
2249
2250  * @name: name of remote service that is published
2251
2252  * @addr: address of remote service that is published
2253
2254  * @flags: indicates whether service is created or destroyed
2255
2256  *
2257
2258  * This message is sent across to publish a new service (or
2259 announce
2260
2261  * about its removal). When we receives these messages, an
2262 appropriate
2263
2264  * rpmsg channel (i.e device) is created/destroyed.
2265
2266  */
2267
2268 struct rpmsg_ns_msgoon_config {
2269
2270         char name[RPMSG_NAME_SIZE];
2271
2272         u32 addr;
2273
2274         u32 flags;
2275
2276 } __packed;
2277
2278
2279
2280 /**
2281
2282  * enum rpmsg_ns_flags - dynamic name service announcement flags
2283
2284  *
2285
2286  * @RPMSG_NS_CREATE: a new remote service was just created
2287
2288  * @RPMSG_NS_DESTROY: a remote service was just destroyed
2289
2290  */
2291
2292 enum rpmsg_ns_flags {
2293
2294         RPMSG_NS_CREATE = 0,
2295
2296         RPMSG_NS_DESTROY = 1,
2297
2298 };
2299
2300   Device configuration layout
2301
2302 At his point none currently defined.
2303
2304   Device Initialization
2305
2306   The initialization routine should identify the receive and
2307   transmission virtqueues.
2308
2309   The receive virtqueue should be filled with receive buffers.
2310
2311   Device Operation
2312
2313 Messages are transmitted by placing them in the transmitq, and
2314 buffers for inbound messages are placed in the receiveq. In any
2315 case, messages are always preceded by the following header: /**
2316
2317  * struct rpmsg_hdr - common header for all rpmsg messages
2318
2319  * @src: source address
2320
2321  * @dst: destination address
2322
2323  * @reserved: reserved for future use
2324
2325  * @len: length of payload (in bytes)
2326
2327  * @flags: message flags
2328
2329  * @data: @len bytes of message payload data
2330
2331  *
2332
2333  * Every message sent(/received) on the rpmsg bus begins with
2334 this header.
2335
2336  */
2337
2338 struct rpmsg_hdr {
2339
2340         u32 src;
2341
2342         u32 dst;
2343
2344         u32 reserved;
2345
2346         u16 len;
2347
2348         u16 flags;
2349
2350         u8 data[0];
2351
2352 } __packed;
2353
2354 Appendix I: SCSI Host Device
2355
2356 The virtio SCSI host device groups together one or more virtual
2357 logical units (such as disks), and allows communicating to them
2358 using the SCSI protocol. An instance of the device represents a
2359 SCSI host to which many targets and LUNs are attached.
2360
2361 The virtio SCSI device services two kinds of requests:
2362
2363   command requests for a logical unit;
2364
2365   task management functions related to a logical unit, target or
2366   command.
2367
2368 The device is also able to send out notifications about added and
2369 removed logical units. Together, these capabilities provide a
2370 SCSI transport protocol that uses virtqueues as the transfer
2371 medium. In the transport protocol, the virtio driver acts as the
2372 initiator, while the virtio SCSI host provides one or more
2373 targets that receive and process the requests.
2374
2375   Configuration
2376
2377   Subsystem Device ID 8
2378
2379   Virtqueues 0:controlq; 1:eventq; 2..n:request queues.
2380
2381   Feature bits
2382
2383   VIRTIO_SCSI_F_INOUT (0) A single request can include both
2384     read-only and write-only data buffers.
2385
2386   VIRTIO_SCSI_F_HOTPLUG (1) The host should enable
2387     hot-plug/hot-unplug of new LUNs and targets on the SCSI bus.
2388
2389   Device configuration layout All fields of this configuration
2390   are always available. sense_size and cdb_size are writable by
2391   the guest.struct virtio_scsi_config {
2392
2393     u32 num_queues;
2394
2395     u32 seg_max;
2396
2397     u32 max_sectors;
2398
2399     u32 cmd_per_lun;
2400
2401     u32 event_info_size;
2402
2403     u32 sense_size;
2404
2405     u32 cdb_size;
2406
2407     u16 max_channel;
2408
2409     u16 max_target;
2410
2411     u32 max_lun;
2412
2413 };
2414
2415   num_queues is the total number of request virtqueues exposed by
2416     the device. The driver is free to use only one request queue,
2417     or it can use more to achieve better performance.
2418
2419   seg_max is the maximum number of segments that can be in a
2420     command. A bidirectional command can include seg_max input
2421     segments and seg_max output segments.
2422
2423   max_sectors is a hint to the guest about the maximum transfer
2424     size it should use.
2425
2426   cmd_per_lun is a hint to the guest about the maximum number of
2427     linked commands it should send to one LUN. The actual value
2428     to be used is the minimum of cmd_per_lun and the virtqueue
2429     size.
2430
2431   event_info_size is the maximum size that the device will fill
2432     for buffers that the driver places in the eventq. The driver
2433     should always put buffers at least of this size. It is
2434     written by the device depending on the set of negotated
2435     features.
2436
2437   sense_size is the maximum size of the sense data that the
2438     device will write. The default value is written by the device
2439     and will always be 96, but the driver can modify it. It is
2440     restored to the default when the device is reset.
2441
2442   cdb_size is the maximum size of the CDB that the driver will
2443     write. The default value is written by the device and will
2444     always be 32, but the driver can likewise modify it. It is
2445     restored to the default when the device is reset.
2446
2447   max_channel, max_target and max_lun can be used by the driver
2448     as hints to constrain scanning the logical units on the
2449     host.h
2450
2451   Device Initialization
2452
2453 The initialization routine should first of all discover the
2454 device's virtqueues.
2455
2456 If the driver uses the eventq, it should then place at least a
2457 buffer in the eventq.
2458
2459 The driver can immediately issue requests (for example, INQUIRY
2460 or REPORT LUNS) or task management functions (for example, I_T
2461 RESET).
2462
2463   Device Operation: request queues
2464
2465 The driver queues requests to an arbitrary request queue, and
2466 they are used by the device on that same queue. It is the
2467 responsibility of the driver to ensure strict request ordering
2468 for commands placed on different queues, because they will be
2469 consumed with no order constraints.
2470
2471 Requests have the following format:
2472
2473 struct virtio_scsi_req_cmd {
2474
2475     // Read-only
2476
2477     u8 lun[8];
2478
2479     u64 id;
2480
2481     u8 task_attr;
2482
2483     u8 prio;
2484
2485     u8 crn;
2486
2487     char cdb[cdb_size];
2488
2489     char dataout[];
2490
2491     // Write-only part
2492
2493     u32 sense_len;
2494
2495     u32 residual;
2496
2497     u16 status_qualifier;
2498
2499     u8 status;
2500
2501     u8 response;
2502
2503     u8 sense[sense_size];
2504
2505     char datain[];
2506
2507 };
2508
2509
2510
2511 /* command-specific response values */
2512
2513 #define VIRTIO_SCSI_S_OK                0
2514
2515 #define VIRTIO_SCSI_S_OVERRUN           1
2516
2517 #define VIRTIO_SCSI_S_ABORTED           2
2518
2519 #define VIRTIO_SCSI_S_BAD_TARGET        3
2520
2521 #define VIRTIO_SCSI_S_RESET             4
2522
2523 #define VIRTIO_SCSI_S_BUSY              5
2524
2525 #define VIRTIO_SCSI_S_TRANSPORT_FAILURE 6
2526
2527 #define VIRTIO_SCSI_S_TARGET_FAILURE    7
2528
2529 #define VIRTIO_SCSI_S_NEXUS_FAILURE     8
2530
2531 #define VIRTIO_SCSI_S_FAILURE           9
2532
2533
2534
2535 /* task_attr */
2536
2537 #define VIRTIO_SCSI_S_SIMPLE            0
2538
2539 #define VIRTIO_SCSI_S_ORDERED           1
2540
2541 #define VIRTIO_SCSI_S_HEAD              2
2542
2543 #define VIRTIO_SCSI_S_ACA               3
2544
2545 The lun field addresses a target and logical unit in the
2546 virtio-scsi device's SCSI domain. The only supported format for
2547 the LUN field is: first byte set to 1, second byte set to target,
2548 third and fourth byte representing a single level LUN structure,
2549 followed by four zero bytes. With this representation, a
2550 virtio-scsi device can serve up to 256 targets and 16384 LUNs per
2551 target.
2552
2553 The id field is the command identifier (“tag”).
2554
2555 task_attr, prio and crn should be left to zero. task_attr defines
2556 the task attribute as in the table above, but all task attributes
2557 may be mapped to SIMPLE by the device; crn may also be provided
2558 by clients, but is generally expected to be 0. The maximum CRN
2559 value defined by the protocol is 255, since CRN is stored in an
2560 8-bit integer.
2561
2562 All of these fields are defined in SAM. They are always
2563 read-only, as are the cdb and dataout field. The cdb_size is
2564 taken from the configuration space.
2565
2566 sense and subsequent fields are always write-only. The sense_len
2567 field indicates the number of bytes actually written to the sense
2568 buffer. The residual field indicates the residual size,
2569 calculated as “data_length - number_of_transferred_bytes”, for
2570 read or write operations. For bidirectional commands, the
2571 number_of_transferred_bytes includes both read and written bytes.
2572 A residual field that is less than the size of datain means that
2573 the dataout field was processed entirely. A residual field that
2574 exceeds the size of datain means that the dataout field was
2575 processed partially and the datain field was not processed at
2576 all.
2577
2578 The status byte is written by the device to be the status code as
2579 defined in SAM.
2580
2581 The response byte is written by the device to be one of the
2582 following:
2583
2584   VIRTIO_SCSI_S_OK when the request was completed and the status
2585   byte is filled with a SCSI status code (not necessarily
2586   "GOOD").
2587
2588   VIRTIO_SCSI_S_OVERRUN if the content of the CDB requires
2589   transferring more data than is available in the data buffers.
2590
2591   VIRTIO_SCSI_S_ABORTED if the request was cancelled due to an
2592   ABORT TASK or ABORT TASK SET task management function.
2593
2594   VIRTIO_SCSI_S_BAD_TARGET if the request was never processed
2595   because the target indicated by the lun field does not exist.
2596
2597   VIRTIO_SCSI_S_RESET if the request was cancelled due to a bus
2598   or device reset (including a task management function).
2599
2600   VIRTIO_SCSI_S_TRANSPORT_FAILURE if the request failed due to a
2601   problem in the connection between the host and the target
2602   (severed link).
2603
2604   VIRTIO_SCSI_S_TARGET_FAILURE if the target is suffering a
2605   failure and the guest should not retry on other paths.
2606
2607   VIRTIO_SCSI_S_NEXUS_FAILURE if the nexus is suffering a failure
2608   but retrying on other paths might yield a different result.
2609
2610   VIRTIO_SCSI_S_BUSY if the request failed but retrying on the
2611   same path should work.
2612
2613   VIRTIO_SCSI_S_FAILURE for other host or guest error. In
2614   particular, if neither dataout nor datain is empty, and the
2615   VIRTIO_SCSI_F_INOUT feature has not been negotiated, the
2616   request will be immediately returned with a response equal to
2617   VIRTIO_SCSI_S_FAILURE.
2618
2619   Device Operation: controlq
2620
2621 The controlq is used for other SCSI transport operations.
2622 Requests have the following format:
2623
2624 struct virtio_scsi_ctrl {
2625
2626     u32 type;
2627
2628     ...
2629
2630     u8 response;
2631
2632 };
2633
2634
2635
2636 /* response values valid for all commands */
2637
2638 #define VIRTIO_SCSI_S_OK                       0
2639
2640 #define VIRTIO_SCSI_S_BAD_TARGET               3
2641
2642 #define VIRTIO_SCSI_S_BUSY                     5
2643
2644 #define VIRTIO_SCSI_S_TRANSPORT_FAILURE        6
2645
2646 #define VIRTIO_SCSI_S_TARGET_FAILURE           7
2647
2648 #define VIRTIO_SCSI_S_NEXUS_FAILURE            8
2649
2650 #define VIRTIO_SCSI_S_FAILURE                  9
2651
2652 #define VIRTIO_SCSI_S_INCORRECT_LUN            12
2653
2654 The type identifies the remaining fields.
2655
2656 The following commands are defined:
2657
2658   Task management function
2659 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF                      0
2660
2661
2662
2663 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_ABORT_TASK           0
2664
2665 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_ABORT_TASK_SET       1
2666
2667 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_CLEAR_ACA            2
2668
2669 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_CLEAR_TASK_SET       3
2670
2671 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_I_T_NEXUS_RESET      4
2672
2673 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_LOGICAL_UNIT_RESET   5
2674
2675 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_QUERY_TASK           6
2676
2677 #define VIRTIO_SCSI_T_TMF_QUERY_TASK_SET       7
2678
2679
2680
2681 struct virtio_scsi_ctrl_tmf
2682
2683 {
2684
2685     // Read-only part
2686
2687     u32 type;
2688
2689     u32 subtype;
2690
2691     u8 lun[8];
2692
2693     u64 id;
2694
2695     // Write-only part
2696
2697     u8 response;
2698
2699 }
2700
2701
2702
2703 /* command-specific response values */
2704
2705 #define VIRTIO_SCSI_S_FUNCTION_COMPLETE        0
2706
2707 #define VIRTIO_SCSI_S_FUNCTION_SUCCEEDED       10
2708
2709 #define VIRTIO_SCSI_S_FUNCTION_REJECTED        11
2710
2711   The type is VIRTIO_SCSI_T_TMF; the subtype field defines. All
2712   fields except response are filled by the driver. The subtype
2713   field must always be specified and identifies the requested
2714   task management function.
2715
2716   Other fields may be irrelevant for the requested TMF; if so,
2717   they are ignored but they should still be present. The lun
2718   field is in the same format specified for request queues; the
2719   single level LUN is ignored when the task management function
2720   addresses a whole I_T nexus. When relevant, the value of the id
2721   field is matched against the id values passed on the requestq.
2722
2723   The outcome of the task management function is written by the
2724   device in the response field. The command-specific response
2725   values map 1-to-1 with those defined in SAM.
2726
2727   Asynchronous notification query
2728 #define VIRTIO_SCSI_T_AN_QUERY                    1
2729
2730
2731
2732 struct virtio_scsi_ctrl_an {
2733
2734     // Read-only part
2735
2736     u32 type;
2737
2738     u8  lun[8];
2739
2740     u32 event_requested;
2741
2742     // Write-only part
2743
2744     u32 event_actual;
2745
2746     u8  response;
2747
2748 }
2749
2750
2751
2752 #define VIRTIO_SCSI_EVT_ASYNC_OPERATIONAL_CHANGE  2
2753
2754 #define VIRTIO_SCSI_EVT_ASYNC_POWER_MGMT          4
2755
2756 #define VIRTIO_SCSI_EVT_ASYNC_EXTERNAL_REQUEST    8
2757
2758 #define VIRTIO_SCSI_EVT_ASYNC_MEDIA_CHANGE        16
2759
2760 #define VIRTIO_SCSI_EVT_ASYNC_MULTI_HOST          32
2761
2762 #define VIRTIO_SCSI_EVT_ASYNC_DEVICE_BUSY         64
2763
2764   By sending this command, the driver asks the device which
2765   events the given LUN can report, as described in paragraphs 6.6
2766   and A.6 of the SCSI MMC specification. The driver writes the
2767   events it is interested in into the event_requested; the device
2768   responds by writing the events that it supports into
2769   event_actual.
2770
2771   The type is VIRTIO_SCSI_T_AN_QUERY. The lun and event_requested
2772   fields are written by the driver. The event_actual and response
2773   fields are written by the device.
2774
2775   No command-specific values are defined for the response byte.
2776
2777   Asynchronous notification subscription
2778 #define VIRTIO_SCSI_T_AN_SUBSCRIBE                2
2779
2780
2781
2782 struct virtio_scsi_ctrl_an {
2783
2784     // Read-only part
2785
2786     u32 type;
2787
2788     u8  lun[8];
2789
2790     u32 event_requested;
2791
2792     // Write-only part
2793
2794     u32 event_actual;
2795
2796     u8  response;
2797
2798 }
2799
2800   By sending this command, the driver asks the specified LUN to
2801   report events for its physical interface, again as described in
2802   the SCSI MMC specification. The driver writes the events it is
2803   interested in into the event_requested; the device responds by
2804   writing the events that it supports into event_actual.
2805
2806   Event types are the same as for the asynchronous notification
2807   query message.
2808
2809   The type is VIRTIO_SCSI_T_AN_SUBSCRIBE. The lun and
2810   event_requested fields are written by the driver. The
2811   event_actual and response fields are written by the device.
2812
2813   No command-specific values are defined for the response byte.
2814
2815   Device Operation: eventq
2816
2817 The eventq is used by the device to report information on logical
2818 units that are attached to it. The driver should always leave a
2819 few buffers ready in the eventq. In general, the device will not
2820 queue events to cope with an empty eventq, and will end up
2821 dropping events if it finds no buffer ready. However, when
2822 reporting events for many LUNs (e.g. when a whole target
2823 disappears), the device can throttle events to avoid dropping
2824 them. For this reason, placing 10-15 buffers on the event queue
2825 should be enough.
2826
2827 Buffers are placed in the eventq and filled by the device when
2828 interesting events occur. The buffers should be strictly
2829 write-only (device-filled) and the size of the buffers should be
2830 at least the value given in the device's configuration
2831 information.
2832
2833 Buffers returned by the device on the eventq will be referred to
2834 as "events" in the rest of this section. Events have the
2835 following format:
2836
2837 #define VIRTIO_SCSI_T_EVENTS_MISSED   0x80000000
2838
2839
2840
2841 struct virtio_scsi_event {
2842
2843     // Write-only part
2844
2845     u32 event;
2846
2847     ...
2848
2849 }
2850
2851 If bit 31 is set in the event field, the device failed to report
2852 an event due to missing buffers. In this case, the driver should
2853 poll the logical units for unit attention conditions, and/or do
2854 whatever form of bus scan is appropriate for the guest operating
2855 system.
2856
2857 Other data that the device writes to the buffer depends on the
2858 contents of the event field. The following events are defined:
2859
2860   No event
2861 #define VIRTIO_SCSI_T_NO_EVENT         0
2862
2863   This event is fired in the following cases:
2864
2865   When the device detects in the eventq a buffer that is shorter
2866     than what is indicated in the configuration field, it might
2867     use it immediately and put this dummy value in the event
2868     field. A well-written driver will never observe this
2869     situation.
2870
2871   When events are dropped, the device may signal this event as
2872     soon as the drivers makes a buffer available, in order to
2873     request action from the driver. In this case, of course, this
2874     event will be reported with the VIRTIO_SCSI_T_EVENTS_MISSED
2875     flag.
2876
2877   Transport reset
2878 #define VIRTIO_SCSI_T_TRANSPORT_RESET  1
2879
2880
2881
2882 struct virtio_scsi_event_reset {
2883
2884     // Write-only part
2885
2886     u32 event;
2887
2888     u8  lun[8];
2889
2890     u32 reason;
2891
2892 }
2893
2894
2895
2896 #define VIRTIO_SCSI_EVT_RESET_HARD         0
2897
2898 #define VIRTIO_SCSI_EVT_RESET_RESCAN       1
2899
2900 #define VIRTIO_SCSI_EVT_RESET_REMOVED      2
2901
2902   By sending this event, the device signals that a logical unit
2903   on a target has been reset, including the case of a new device
2904   appearing or disappearing on the bus.The device fills in all
2905   fields. The event field is set to
2906   VIRTIO_SCSI_T_TRANSPORT_RESET. The lun field addresses a
2907   logical unit in the SCSI host.
2908
2909   The reason value is one of the three #define values appearing
2910   above:
2911
2912   VIRTIO_SCSI_EVT_RESET_REMOVED (“LUN/target removed”) is used if
2913     the target or logical unit is no longer able to receive
2914     commands.
2915
2916   VIRTIO_SCSI_EVT_RESET_HARD (“LUN hard reset”) is used if the
2917     logical unit has been reset, but is still present.
2918
2919   VIRTIO_SCSI_EVT_RESET_RESCAN (“rescan LUN/target”) is used if a
2920     target or logical unit has just appeared on the device.
2921
2922   The “removed” and “rescan” events, when sent for LUN 0, may
2923   apply to the entire target. After receiving them the driver
2924   should ask the initiator to rescan the target, in order to
2925   detect the case when an entire target has appeared or
2926   disappeared. These two events will never be reported unless the
2927   VIRTIO_SCSI_F_HOTPLUG feature was negotiated between the host
2928   and the guest.
2929
2930   Events will also be reported via sense codes (this obviously
2931   does not apply to newly appeared buses or targets, since the
2932   application has never discovered them):
2933
2934   “LUN/target removed” maps to sense key ILLEGAL REQUEST, asc
2935     0x25, ascq 0x00 (LOGICAL UNIT NOT SUPPORTED)
2936
2937   “LUN hard reset” maps to sense key UNIT ATTENTION, asc 0x29
2938     (POWER ON, RESET OR BUS DEVICE RESET OCCURRED)
2939
2940   “rescan LUN/target” maps to sense key UNIT ATTENTION, asc 0x3f,
2941     ascq 0x0e (REPORTED LUNS DATA HAS CHANGED)
2942
2943   The preferred way to detect transport reset is always to use
2944   events, because sense codes are only seen by the driver when it
2945   sends a SCSI command to the logical unit or target. However, in
2946   case events are dropped, the initiator will still be able to
2947   synchronize with the actual state of the controller if the
2948   driver asks the initiator to rescan of the SCSI bus. During the
2949   rescan, the initiator will be able to observe the above sense
2950   codes, and it will process them as if it the driver had
2951   received the equivalent event.
2952
2953   Asynchronous notification
2954 #define VIRTIO_SCSI_T_ASYNC_NOTIFY     2
2955
2956
2957
2958 struct virtio_scsi_event_an {
2959
2960     // Write-only part
2961
2962     u32 event;
2963
2964     u8  lun[8];
2965
2966     u32 reason;
2967
2968 }
2969
2970   By sending this event, the device signals that an asynchronous
2971   event was fired from a physical interface.
2972
2973   All fields are written by the device. The event field is set to
2974   VIRTIO_SCSI_T_ASYNC_NOTIFY. The lun field addresses a logical
2975   unit in the SCSI host. The reason field is a subset of the
2976   events that the driver has subscribed to via the "Asynchronous
2977   notification subscription" command.
2978
2979   When dropped events are reported, the driver should poll for
2980   asynchronous events manually using SCSI commands.
2981
2982 Appendix X: virtio-mmio
2983
2984 Virtual environments without PCI support (a common situation in
2985 embedded devices models) might use simple memory mapped device (“
2986 virtio-mmio”) instead of the PCI device.
2987
2988 The memory mapped virtio device behaviour is based on the PCI
2989 device specification. Therefore most of operations like device
2990 initialization, queues configuration and buffer transfers are
2991 nearly identical. Existing differences are described in the
2992 following sections.
2993
2994   Device Initialization
2995
2996 Instead of using the PCI IO space for virtio header, the “
2997 virtio-mmio” device provides a set of memory mapped control
2998 registers, all 32 bits wide, followed by device-specific
2999 configuration space. The following list presents their layout:
3000
3001   Offset from the device base address | Direction | Name
3002  Description
3003
3004   0x000 | R | MagicValue
3005  “virt” string.
3006
3007   0x004 | R | Version
3008  Device version number. Currently must be 1.
3009
3010   0x008 | R | DeviceID
3011  Virtio Subsystem Device ID (ie. 1 for network card).
3012
3013   0x00c | R | VendorID
3014  Virtio Subsystem Vendor ID.
3015
3016   0x010 | R | HostFeatures
3017  Flags representing features the device supports.
3018  Reading from this register returns 32 consecutive flag bits,
3019   first bit depending on the last value written to
3020   HostFeaturesSel register. Access to this register returns bits HostFeaturesSel*32
3021
3022    to (HostFeaturesSel*32)+31
3023 , eg. feature bits 0 to 31 if
3024   HostFeaturesSel is set to 0 and features bits 32 to 63 if
3025   HostFeaturesSel is set to 1. Also see [sub:Feature-Bits]
3026
3027   0x014 | W | HostFeaturesSel
3028  Device (Host) features word selection.
3029  Writing to this register selects a set of 32 device feature bits
3030   accessible by reading from HostFeatures register. Device driver
3031   must write a value to the HostFeaturesSel register before
3032   reading from the HostFeatures register.
3033
3034   0x020 | W | GuestFeatures
3035  Flags representing device features understood and activated by
3036   the driver.
3037  Writing to this register sets 32 consecutive flag bits, first
3038   bit depending on the last value written to GuestFeaturesSel
3039   register. Access to this register sets bits GuestFeaturesSel*32
3040
3041    to (GuestFeaturesSel*32)+31
3042 , eg. feature bits 0 to 31 if
3043   GuestFeaturesSel is set to 0 and features bits 32 to 63 if
3044   GuestFeaturesSel is set to 1. Also see [sub:Feature-Bits]
3045
3046   0x024 | W | GuestFeaturesSel
3047  Activated (Guest) features word selection.
3048  Writing to this register selects a set of 32 activated feature
3049   bits accessible by writing to the GuestFeatures register.
3050   Device driver must write a value to the GuestFeaturesSel
3051   register before writing to the GuestFeatures register.
3052
3053   0x028 | W | GuestPageSize
3054  Guest page size.
3055  Device driver must write the guest page size in bytes to the
3056   register during initialization, before any queues are used.
3057   This value must be a power of 2 and is used by the Host to
3058   calculate Guest address of the first queue page (see QueuePFN).
3059
3060   0x030 | W | QueueSel
3061  Virtual queue index (first queue is 0).
3062  Writing to this register selects the virtual queue that the
3063   following operations on QueueNum, QueueAlign and QueuePFN apply
3064   to.
3065
3066   0x034 | R | QueueNumMax
3067  Maximum virtual queue size.
3068  Reading from the register returns the maximum size of the queue
3069   the Host is ready to process or zero (0x0) if the queue is not
3070   available. This applies to the queue selected by writing to
3071   QueueSel and is allowed only when QueuePFN is set to zero
3072   (0x0), so when the queue is not actively used.
3073
3074   0x038 | W | QueueNum
3075  Virtual queue size.
3076  Queue size is a number of elements in the queue, therefore size
3077   of the descriptor table and both available and used rings.
3078  Writing to this register notifies the Host what size of the
3079   queue the Guest will use. This applies to the queue selected by
3080   writing to QueueSel.
3081
3082   0x03c | W | QueueAlign
3083  Used Ring alignment in the virtual queue.
3084  Writing to this register notifies the Host about alignment
3085   boundary of the Used Ring in bytes. This value must be a power
3086   of 2 and applies to the queue selected by writing to QueueSel.
3087
3088   0x040 | RW | QueuePFN
3089  Guest physical page number of the virtual queue.
3090  Writing to this register notifies the host about location of the
3091   virtual queue in the Guest's physical address space. This value
3092   is the index number of a page starting with the queue
3093   Descriptor Table. Value zero (0x0) means physical address zero
3094   (0x00000000) and is illegal. When the Guest stops using the
3095   queue it must write zero (0x0) to this register.
3096  Reading from this register returns the currently used page
3097   number of the queue, therefore a value other than zero (0x0)
3098   means that the queue is in use.
3099  Both read and write accesses apply to the queue selected by
3100   writing to QueueSel.
3101
3102   0x050 | W | QueueNotify
3103  Queue notifier.
3104  Writing a queue index to this register notifies the Host that
3105   there are new buffers to process in the queue.
3106
3107   0x60 | R | InterruptStatus
3108 Interrupt status.
3109 Reading from this register returns a bit mask of interrupts
3110   asserted by the device. An interrupt is asserted if the
3111   corresponding bit is set, ie. equals one (1).
3112
3113   Bit 0 | Used Ring Update
3114 This interrupt is asserted when the Host has updated the Used
3115     Ring in at least one of the active virtual queues.
3116
3117   Bit 1 | Configuration change
3118 This interrupt is asserted when configuration of the device has
3119     changed.
3120
3121   0x064 | W | InterruptACK
3122  Interrupt acknowledge.
3123  Writing to this register notifies the Host that the Guest
3124   finished handling interrupts. Set bits in the value clear the
3125   corresponding bits of the InterruptStatus register.
3126
3127   0x070 | RW | Status
3128  Device status.
3129  Reading from this register returns the current device status
3130   flags.
3131  Writing non-zero values to this register sets the status flags,
3132   indicating the Guest progress. Writing zero (0x0) to this
3133   register triggers a device reset.
3134  Also see [sub:Device-Initialization-Sequence]
3135
3136   0x100+ | RW | Config
3137  Device-specific configuration space starts at an offset 0x100
3138   and is accessed with byte alignment. Its meaning and size
3139   depends on the device and the driver.
3140
3141 Virtual queue size is a number of elements in the queue,
3142 therefore size of the descriptor table and both available and
3143 used rings.
3144
3145 The endianness of the registers follows the native endianness of
3146 the Guest. Writing to registers described as “R” and reading from
3147 registers described as “W” is not permitted and can cause
3148 undefined behavior.
3149
3150 The device initialization is performed as described in [sub:Device-Initialization-Sequence]
3151  with one exception: the Guest must notify the Host about its
3152 page size, writing the size in bytes to GuestPageSize register
3153 before the initialization is finished.
3154
3155 The memory mapped virtio devices generate single interrupt only,
3156 therefore no special configuration is required.
3157
3158   Virtqueue Configuration
3159
3160 The virtual queue configuration is performed in a similar way to
3161 the one described in [sec:Virtqueue-Configuration] with a few
3162 additional operations:
3163
3164   Select the queue writing its index (first queue is 0) to the
3165   QueueSel register.
3166
3167   Check if the queue is not already in use: read QueuePFN
3168   register, returned value should be zero (0x0).
3169
3170   Read maximum queue size (number of elements) from the
3171   QueueNumMax register. If the returned value is zero (0x0) the
3172   queue is not available.
3173
3174   Allocate and zero the queue pages in contiguous virtual memory,
3175   aligning the Used Ring to an optimal boundary (usually page
3176   size). Size of the allocated queue may be smaller than or equal
3177   to the maximum size returned by the Host.
3178
3179   Notify the Host about the queue size by writing the size to
3180   QueueNum register.
3181
3182   Notify the Host about the used alignment by writing its value
3183   in bytes to QueueAlign register.
3184
3185   Write the physical number of the first page of the queue to the
3186   QueuePFN register.
3187
3188 The queue and the device are ready to begin normal operations
3189 now.
3190
3191   Device Operation
3192
3193 The memory mapped virtio device behaves in the same way as
3194 described in [sec:Device-Operation], with the following
3195 exceptions:
3196
3197   The device is notified about new buffers available in a queue
3198   by writing the queue index to register QueueNum instead of the
3199   virtio header in PCI I/O space ([sub:Notifying-The-Device]).
3200
3201   The memory mapped virtio device is using single, dedicated
3202   interrupt signal, which is raised when at least one of the
3203   interrupts described in the InterruptStatus register
3204   description is asserted. After receiving an interrupt, the
3205   driver must read the InterruptStatus register to check what
3206   caused the interrupt (see the register description). After the
3207   interrupt is handled, the driver must acknowledge it by writing
3208   a bit mask corresponding to the serviced interrupt to the
3209   InterruptACK register.
3210