]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/net/netmap.h
ident(1): Normalizing date format
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / net / netmap.h
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
3  *
4  * Copyright (C) 2011-2014 Matteo Landi, Luigi Rizzo. All rights reserved.
5  *
6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
7  * modification, are permitted provided that the following conditions
8  * are met:
9  *
10  *   1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer.
12  *   2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
13  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
14  *      documentation and/or other materials provided with the distribution.
15  *
16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``S IS''AND
17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
19  * ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
26  * SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * $FreeBSD$
31  *
32  * Definitions of constants and the structures used by the netmap
33  * framework, for the part visible to both kernel and userspace.
34  * Detailed info on netmap is available with "man netmap" or at
35  *
36  *      http://info.iet.unipi.it/~luigi/netmap/
37  *
38  * This API is also used to communicate with the VALE software switch
39  */
40
41 #ifndef _NET_NETMAP_H_
42 #define _NET_NETMAP_H_
43
44 #define NETMAP_API      14              /* current API version */
45
46 #define NETMAP_MIN_API  14              /* min and max versions accepted */
47 #define NETMAP_MAX_API  15
48 /*
49  * Some fields should be cache-aligned to reduce contention.
50  * The alignment is architecture and OS dependent, but rather than
51  * digging into OS headers to find the exact value we use an estimate
52  * that should cover most architectures.
53  */
54 #define NM_CACHE_ALIGN  128
55
56 /*
57  * --- Netmap data structures ---
58  *
59  * The userspace data structures used by netmap are shown below.
60  * They are allocated by the kernel and mmap()ed by userspace threads.
61  * Pointers are implemented as memory offsets or indexes,
62  * so that they can be easily dereferenced in kernel and userspace.
63
64    KERNEL (opaque, obviously)
65
66   ====================================================================
67                                           |
68    USERSPACE                              |      struct netmap_ring
69                                           +---->+---------------+
70                                               / | head,cur,tail |
71    struct netmap_if (nifp, 1 per fd)         /  | buf_ofs       |
72     +----------------+                      /   | other fields  |
73     | ni_tx_rings    |                     /    +===============+
74     | ni_rx_rings    |                    /     | buf_idx, len  | slot[0]
75     |                |                   /      | flags, ptr    |
76     |                |                  /       +---------------+
77     +================+                 /        | buf_idx, len  | slot[1]
78     | txring_ofs[0]  | (rel.to nifp)--'         | flags, ptr    |
79     | txring_ofs[1]  |                          +---------------+
80      (tx+htx entries)                           (num_slots entries)
81     | txring_ofs[t]  |                          | buf_idx, len  | slot[n-1]
82     +----------------+                          | flags, ptr    |
83     | rxring_ofs[0]  |                          +---------------+
84     | rxring_ofs[1]  |
85      (rx+hrx entries)
86     | rxring_ofs[r]  |
87     +----------------+
88
89  * For each "interface" (NIC, host stack, PIPE, VALE switch port) bound to
90  * a file descriptor, the mmap()ed region contains a (logically readonly)
91  * struct netmap_if pointing to struct netmap_ring's.
92  *
93  * There is one netmap_ring per physical NIC ring, plus at least one tx/rx ring
94  * pair attached to the host stack (these pairs are unused for non-NIC ports).
95  *
96  * All physical/host stack ports share the same memory region,
97  * so that zero-copy can be implemented between them.
98  * VALE switch ports instead have separate memory regions.
99  *
100  * The netmap_ring is the userspace-visible replica of the NIC ring.
101  * Each slot has the index of a buffer (MTU-sized and residing in the
102  * mmapped region), its length and some flags. An extra 64-bit pointer
103  * is provided for user-supplied buffers in the tx path.
104  *
105  * In user space, the buffer address is computed as
106  *      (char *)ring + buf_ofs + index * NETMAP_BUF_SIZE
107  *
108  * Added in NETMAP_API 11:
109  *
110  * + NIOCREGIF can request the allocation of extra spare buffers from
111  *   the same memory pool. The desired number of buffers must be in
112  *   nr_arg3. The ioctl may return fewer buffers, depending on memory
113  *   availability. nr_arg3 will return the actual value, and, once
114  *   mapped, nifp->ni_bufs_head will be the index of the first buffer.
115  *
116  *   The buffers are linked to each other using the first uint32_t
117  *   as the index. On close, ni_bufs_head must point to the list of
118  *   buffers to be released.
119  *
120  * + NIOCREGIF can attach to PIPE rings sharing the same memory
121  *   space with a parent device. The ifname indicates the parent device,
122  *   which must already exist. Flags in nr_flags indicate if we want to
123  *   bind the master or slave side, the index (from nr_ringid)
124  *   is just a cookie and does not need to be sequential.
125  *
126  * + NIOCREGIF can also attach to 'monitor' rings that replicate
127  *   the content of specific rings, also from the same memory space.
128  *
129  *   Extra flags in nr_flags support the above functions.
130  *   Application libraries may use the following naming scheme:
131  *      netmap:foo                      all NIC rings pairs
132  *      netmap:foo^                     only host rings pairs
133  *      netmap:foo^k                    the k-th host rings pair
134  *      netmap:foo+                     all NIC rings + host rings pairs
135  *      netmap:foo-k                    the k-th NIC rings pair
136  *      netmap:foo{k                    PIPE rings pair k, master side
137  *      netmap:foo}k                    PIPE rings pair k, slave side
138  *
139  * Some notes about host rings:
140  *
141  * + The RX host rings are used to store those packets that the host network
142  *   stack is trying to transmit through a NIC queue, but only if that queue
143  *   is currently in netmap mode. Netmap will not intercept host stack mbufs
144  *   designated to NIC queues that are not in netmap mode. As a consequence,
145  *   registering a netmap port with netmap:foo^ is not enough to intercept
146  *   mbufs in the RX host rings; the netmap port should be registered with
147  *   netmap:foo*, or another registration should be done to open at least a
148  *   NIC TX queue in netmap mode.
149  *
150  * + Netmap is not currently able to deal with intercepted trasmit mbufs which
151  *   require offloadings like TSO, UFO, checksumming offloadings, etc. It is
152  *   responsibility of the user to disable those offloadings (e.g. using
153  *   ifconfig on FreeBSD or ethtool -K on Linux) for an interface that is being
154  *   used in netmap mode. If the offloadings are not disabled, GSO and/or
155  *   unchecksummed packets may be dropped immediately or end up in the host RX
156  *   rings, and will be dropped as soon as the packet reaches another netmap
157  *   adapter.
158  */
159
160 /*
161  * struct netmap_slot is a buffer descriptor
162  */
163 struct netmap_slot {
164         uint32_t buf_idx;       /* buffer index */
165         uint16_t len;           /* length for this slot */
166         uint16_t flags;         /* buf changed, etc. */
167         uint64_t ptr;           /* pointer for indirect buffers */
168 };
169
170 /*
171  * The following flags control how the slot is used
172  */
173
174 #define NS_BUF_CHANGED  0x0001  /* buf_idx changed */
175         /*
176          * must be set whenever buf_idx is changed (as it might be
177          * necessary to recompute the physical address and mapping)
178          *
179          * It is also set by the kernel whenever the buf_idx is
180          * changed internally (e.g., by pipes). Applications may
181          * use this information to know when they can reuse the
182          * contents of previously prepared buffers.
183          */
184
185 #define NS_REPORT       0x0002  /* ask the hardware to report results */
186         /*
187          * Request notification when slot is used by the hardware.
188          * Normally transmit completions are handled lazily and
189          * may be unreported. This flag lets us know when a slot
190          * has been sent (e.g. to terminate the sender).
191          */
192
193 #define NS_FORWARD      0x0004  /* pass packet 'forward' */
194         /*
195          * (Only for physical ports, rx rings with NR_FORWARD set).
196          * Slot released to the kernel (i.e. before ring->head) with
197          * this flag set are passed to the peer ring (host/NIC),
198          * thus restoring the host-NIC connection for these slots.
199          * This supports efficient traffic monitoring or firewalling.
200          */
201
202 #define NS_NO_LEARN     0x0008  /* disable bridge learning */
203         /*
204          * On a VALE switch, do not 'learn' the source port for
205          * this buffer.
206          */
207
208 #define NS_INDIRECT     0x0010  /* userspace buffer */
209         /*
210          * (VALE tx rings only) data is in a userspace buffer,
211          * whose address is in the 'ptr' field in the slot.
212          */
213
214 #define NS_MOREFRAG     0x0020  /* packet has more fragments */
215         /*
216          * (VALE ports, ptnetmap ports and some NIC ports, e.g.
217          * ixgbe and i40e on Linux)
218          * Set on all but the last slot of a multi-segment packet.
219          * The 'len' field refers to the individual fragment.
220          */
221
222 #define NS_PORT_SHIFT   8
223 #define NS_PORT_MASK    (0xff << NS_PORT_SHIFT)
224         /*
225          * The high 8 bits of the flag, if not zero, indicate the
226          * destination port for the VALE switch, overriding
227          * the lookup table.
228          */
229
230 #define NS_RFRAGS(_slot)        ( ((_slot)->flags >> 8) & 0xff)
231         /*
232          * (VALE rx rings only) the high 8 bits
233          *  are the number of fragments.
234          */
235
236 #define NETMAP_MAX_FRAGS        64      /* max number of fragments */
237
238 /*
239  * struct netmap_ring
240  *
241  * Netmap representation of a TX or RX ring (also known as "queue").
242  * This is a queue implemented as a fixed-size circular array.
243  * At the software level the important fields are: head, cur, tail.
244  *
245  * In TX rings:
246  *
247  *      head    first slot available for transmission.
248  *      cur     wakeup point. select() and poll() will unblock
249  *              when 'tail' moves past 'cur'
250  *      tail    (readonly) first slot reserved to the kernel
251  *
252  *      [head .. tail-1] can be used for new packets to send;
253  *      'head' and 'cur' must be incremented as slots are filled
254  *          with new packets to be sent;
255  *      'cur' can be moved further ahead if we need more space
256  *      for new transmissions. XXX todo (2014-03-12)
257  *
258  * In RX rings:
259  *
260  *      head    first valid received packet
261  *      cur     wakeup point. select() and poll() will unblock
262  *              when 'tail' moves past 'cur'
263  *      tail    (readonly) first slot reserved to the kernel
264  *
265  *      [head .. tail-1] contain received packets;
266  *      'head' and 'cur' must be incremented as slots are consumed
267  *              and can be returned to the kernel;
268  *      'cur' can be moved further ahead if we want to wait for
269  *              new packets without returning the previous ones.
270  *
271  * DATA OWNERSHIP/LOCKING:
272  *      The netmap_ring, and all slots and buffers in the range
273  *      [head .. tail-1] are owned by the user program;
274  *      the kernel only accesses them during a netmap system call
275  *      and in the user thread context.
276  *
277  *      Other slots and buffers are reserved for use by the kernel
278  */
279 struct netmap_ring {
280         /*
281          * buf_ofs is meant to be used through macros.
282          * It contains the offset of the buffer region from this
283          * descriptor.
284          */
285         const int64_t   buf_ofs;
286         const uint32_t  num_slots;      /* number of slots in the ring. */
287         const uint32_t  nr_buf_size;
288         const uint16_t  ringid;
289         const uint16_t  dir;            /* 0: tx, 1: rx */
290
291         uint32_t        head;           /* (u) first user slot */
292         uint32_t        cur;            /* (u) wakeup point */
293         uint32_t        tail;           /* (k) first kernel slot */
294
295         uint32_t        flags;
296
297         struct timeval  ts;             /* (k) time of last *sync() */
298
299         /* opaque room for a mutex or similar object */
300 #if !defined(_WIN32) || defined(__CYGWIN__)
301         uint8_t __attribute__((__aligned__(NM_CACHE_ALIGN))) sem[128];
302 #else
303         uint8_t __declspec(align(NM_CACHE_ALIGN)) sem[128];
304 #endif
305
306         /* the slots follow. This struct has variable size */
307         struct netmap_slot slot[0];     /* array of slots. */
308 };
309
310 /*
311  * RING FLAGS
312  */
313 #define NR_TIMESTAMP    0x0002          /* set timestamp on *sync() */
314         /*
315          * updates the 'ts' field on each netmap syscall. This saves
316          * saves a separate gettimeofday(), and is not much worse than
317          * software timestamps generated in the interrupt handler.
318          */
319
320 #define NR_FORWARD      0x0004          /* enable NS_FORWARD for ring */
321         /*
322          * Enables the NS_FORWARD slot flag for the ring.
323          */
324
325 /*
326  * Helper functions for kernel and userspace
327  */
328
329 /*
330  * Check if space is available in the ring. We use ring->head, which
331  * points to the next netmap slot to be published to netmap. It is
332  * possible that the applications moves ring->cur ahead of ring->tail
333  * (e.g., by setting ring->cur <== ring->tail), if it wants more slots
334  * than the ones currently available, and it wants to be notified when
335  * more arrive. See netmap(4) for more details and examples.
336  */
337 static inline int
338 nm_ring_empty(struct netmap_ring *ring)
339 {
340         return (ring->head == ring->tail);
341 }
342
343 /*
344  * Netmap representation of an interface and its queue(s).
345  * This is initialized by the kernel when binding a file
346  * descriptor to a port, and should be considered as readonly
347  * by user programs. The kernel never uses it.
348  *
349  * There is one netmap_if for each file descriptor on which we want
350  * to select/poll.
351  * select/poll operates on one or all pairs depending on the value of
352  * nmr_queueid passed on the ioctl.
353  */
354 struct netmap_if {
355         char            ni_name[IFNAMSIZ]; /* name of the interface. */
356         const uint32_t  ni_version;     /* API version, currently unused */
357         const uint32_t  ni_flags;       /* properties */
358 #define NI_PRIV_MEM     0x1             /* private memory region */
359
360         /*
361          * The number of packet rings available in netmap mode.
362          * Physical NICs can have different numbers of tx and rx rings.
363          * Physical NICs also have at least a 'host' rings pair.
364          * Additionally, clients can request additional ring pairs to
365          * be used for internal communication.
366          */
367         const uint32_t  ni_tx_rings;    /* number of HW tx rings */
368         const uint32_t  ni_rx_rings;    /* number of HW rx rings */
369
370         uint32_t        ni_bufs_head;   /* head index for extra bufs */
371         const uint32_t  ni_host_tx_rings; /* number of SW tx rings */
372         const uint32_t  ni_host_rx_rings; /* number of SW rx rings */
373         uint32_t        ni_spare1[3];
374         /*
375          * The following array contains the offset of each netmap ring
376          * from this structure, in the following order:
377          *     - NIC tx rings (ni_tx_rings);
378          *     - host tx rings (ni_host_tx_rings);
379          *     - NIC rx rings (ni_rx_rings);
380          *     - host rx ring (ni_host_rx_rings);
381          *
382          * The area is filled up by the kernel on NETMAP_REQ_REGISTER,
383          * and then only read by userspace code.
384          */
385         const ssize_t   ring_ofs[0];
386 };
387
388 /* Legacy interface to interact with a netmap control device.
389  * Included for backward compatibility. The user should not include this
390  * file directly. */
391 #include "netmap_legacy.h"
392
393 /*
394  * New API to control netmap control devices. New applications should only use
395  * nmreq_xyz structs with the NIOCCTRL ioctl() command.
396  *
397  * NIOCCTRL takes a nmreq_header struct, which contains the required
398  * API version, the name of a netmap port, a command type, and pointers
399  * to request body and options.
400  *
401  *      nr_name (in)
402  *              The name of the port (em0, valeXXX:YYY, eth0{pn1 etc.)
403  *
404  *      nr_version (in/out)
405  *              Must match NETMAP_API as used in the kernel, error otherwise.
406  *              Always returns the desired value on output.
407  *
408  *      nr_reqtype (in)
409  *              One of the NETMAP_REQ_* command types below
410  *
411  *      nr_body (in)
412  *              Pointer to a command-specific struct, described by one
413  *              of the struct nmreq_xyz below.
414  *
415  *      nr_options (in)
416  *              Command specific options, if any.
417  *
418  * A NETMAP_REQ_REGISTER command activates netmap mode on the netmap
419  * port (e.g. physical interface) specified by nmreq_header.nr_name.
420  * The request body (struct nmreq_register) has several arguments to
421  * specify how the port is to be registered.
422  *
423  *      nr_tx_slots, nr_tx_slots, nr_tx_rings, nr_rx_rings,
424  *      nr_host_tx_rings, nr_host_rx_rings (in/out)
425  *              On input, non-zero values may be used to reconfigure the port
426  *              according to the requested values, but this is not guaranteed.
427  *              On output the actual values in use are reported.
428  *
429  *      nr_mode (in)
430  *              Indicate what set of rings must be bound to the netmap
431  *              device (e.g. all NIC rings, host rings only, NIC and
432  *              host rings, ...). Values are in NR_REG_*.
433  *
434  *      nr_ringid (in)
435  *              If nr_mode == NR_REG_ONE_NIC (only a single couple of TX/RX
436  *              rings), indicate which NIC TX and/or RX ring is to be bound
437  *              (0..nr_*x_rings-1).
438  *
439  *      nr_flags (in)
440  *              Indicate special options for how to open the port.
441  *
442  *              NR_NO_TX_POLL can be OR-ed to make select()/poll() push
443  *                      packets on tx rings only if POLLOUT is set.
444  *                      The default is to push any pending packet.
445  *
446  *              NR_DO_RX_POLL can be OR-ed to make select()/poll() release
447  *                      packets on rx rings also when POLLIN is NOT set.
448  *                      The default is to touch the rx ring only with POLLIN.
449  *                      Note that this is the opposite of TX because it
450  *                      reflects the common usage.
451  *
452  *              Other options are NR_MONITOR_TX, NR_MONITOR_RX, NR_ZCOPY_MON,
453  *              NR_EXCLUSIVE, NR_RX_RINGS_ONLY, NR_TX_RINGS_ONLY and
454  *              NR_ACCEPT_VNET_HDR.
455  *
456  *      nr_mem_id (in/out)
457  *              The identity of the memory region used.
458  *              On input, 0 means the system decides autonomously,
459  *              other values may try to select a specific region.
460  *              On return the actual value is reported.
461  *              Region '1' is the global allocator, normally shared
462  *              by all interfaces. Other values are private regions.
463  *              If two ports the same region zero-copy is possible.
464  *
465  *      nr_extra_bufs (in/out)
466  *              Number of extra buffers to be allocated.
467  *
468  * The other NETMAP_REQ_* commands are described below.
469  *
470  */
471
472 /* maximum size of a request, including all options */
473 #define NETMAP_REQ_MAXSIZE      4096
474
475 /* Header common to all request options. */
476 struct nmreq_option {
477         /* Pointer ot the next option. */
478         uint64_t                nro_next;
479         /* Option type. */
480         uint32_t                nro_reqtype;
481         /* (out) status of the option:
482          * 0: recognized and processed
483          * !=0: errno value
484          */
485         uint32_t                nro_status;
486         /* Option size, used only for options that can have variable size
487          * (e.g. because they contain arrays). For fixed-size options this
488          * field should be set to zero. */
489         uint64_t                nro_size;
490 };
491
492 /* Header common to all requests. Do not reorder these fields, as we need
493  * the second one (nr_reqtype) to know how much to copy from/to userspace. */
494 struct nmreq_header {
495         uint16_t                nr_version;     /* API version */
496         uint16_t                nr_reqtype;     /* nmreq type (NETMAP_REQ_*) */
497         uint32_t                nr_reserved;    /* must be zero */
498 #define NETMAP_REQ_IFNAMSIZ     64
499         char                    nr_name[NETMAP_REQ_IFNAMSIZ]; /* port name */
500         uint64_t                nr_options;     /* command-specific options */
501         uint64_t                nr_body;        /* ptr to nmreq_xyz struct */
502 };
503
504 enum {
505         /* Register a netmap port with the device. */
506         NETMAP_REQ_REGISTER = 1,
507         /* Get information from a netmap port. */
508         NETMAP_REQ_PORT_INFO_GET,
509         /* Attach a netmap port to a VALE switch. */
510         NETMAP_REQ_VALE_ATTACH,
511         /* Detach a netmap port from a VALE switch. */
512         NETMAP_REQ_VALE_DETACH,
513         /* List the ports attached to a VALE switch. */
514         NETMAP_REQ_VALE_LIST,
515         /* Set the port header length (was virtio-net header length). */
516         NETMAP_REQ_PORT_HDR_SET,
517         /* Get the port header length (was virtio-net header length). */
518         NETMAP_REQ_PORT_HDR_GET,
519         /* Create a new persistent VALE port. */
520         NETMAP_REQ_VALE_NEWIF,
521         /* Delete a persistent VALE port. */
522         NETMAP_REQ_VALE_DELIF,
523         /* Enable polling kernel thread(s) on an attached VALE port. */
524         NETMAP_REQ_VALE_POLLING_ENABLE,
525         /* Disable polling kernel thread(s) on an attached VALE port. */
526         NETMAP_REQ_VALE_POLLING_DISABLE,
527         /* Get info about the pools of a memory allocator. */
528         NETMAP_REQ_POOLS_INFO_GET,
529         /* Start an in-kernel loop that syncs the rings periodically or
530          * on notifications. The loop runs in the context of the ioctl
531          * syscall, and only stops on NETMAP_REQ_SYNC_KLOOP_STOP. */
532         NETMAP_REQ_SYNC_KLOOP_START,
533         /* Stops the thread executing the in-kernel loop. The thread
534          * returns from the ioctl syscall. */
535         NETMAP_REQ_SYNC_KLOOP_STOP,
536         /* Enable CSB mode on a registered netmap control device. */
537         NETMAP_REQ_CSB_ENABLE,
538 };
539
540 enum {
541         /* On NETMAP_REQ_REGISTER, ask netmap to use memory allocated
542          * from user-space allocated memory pools (e.g. hugepages).
543          */
544         NETMAP_REQ_OPT_EXTMEM = 1,
545
546         /* ON NETMAP_REQ_SYNC_KLOOP_START, ask netmap to use eventfd-based
547          * notifications to synchronize the kernel loop with the application.
548          */
549         NETMAP_REQ_OPT_SYNC_KLOOP_EVENTFDS,
550
551         /* On NETMAP_REQ_REGISTER, ask netmap to work in CSB mode, where
552          * head, cur and tail pointers are not exchanged through the
553          * struct netmap_ring header, but rather using an user-provided
554          * memory area (see struct nm_csb_atok and struct nm_csb_ktoa).
555          */
556         NETMAP_REQ_OPT_CSB,
557
558         /* An extension to NETMAP_REQ_OPT_SYNC_KLOOP_EVENTFDS, which specifies
559          * if the TX and/or RX rings are synced in the context of the VM exit.
560          * This requires the 'ioeventfd' fields to be valid (cannot be < 0).
561          */
562         NETMAP_REQ_OPT_SYNC_KLOOP_MODE,
563
564         /* This is a marker to count the number of available options.
565          * New options must be added above it. */
566         NETMAP_REQ_OPT_MAX,
567 };
568
569 /*
570  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_REGISTER
571  * Bind (register) a netmap port to this control device.
572  */
573 struct nmreq_register {
574         uint64_t        nr_offset;      /* nifp offset in the shared region */
575         uint64_t        nr_memsize;     /* size of the shared region */
576         uint32_t        nr_tx_slots;    /* slots in tx rings */
577         uint32_t        nr_rx_slots;    /* slots in rx rings */
578         uint16_t        nr_tx_rings;    /* number of tx rings */
579         uint16_t        nr_rx_rings;    /* number of rx rings */
580         uint16_t        nr_host_tx_rings; /* number of host tx rings */
581         uint16_t        nr_host_rx_rings; /* number of host rx rings */
582
583         uint16_t        nr_mem_id;      /* id of the memory allocator */
584         uint16_t        nr_ringid;      /* ring(s) we care about */
585         uint32_t        nr_mode;        /* specify NR_REG_* modes */
586         uint32_t        nr_extra_bufs;  /* number of requested extra buffers */
587
588         uint64_t        nr_flags;       /* additional flags (see below) */
589 /* monitors use nr_ringid and nr_mode to select the rings to monitor */
590 #define NR_MONITOR_TX   0x100
591 #define NR_MONITOR_RX   0x200
592 #define NR_ZCOPY_MON    0x400
593 /* request exclusive access to the selected rings */
594 #define NR_EXCLUSIVE    0x800
595 /* 0x1000 unused */
596 #define NR_RX_RINGS_ONLY        0x2000
597 #define NR_TX_RINGS_ONLY        0x4000
598 /* Applications set this flag if they are able to deal with virtio-net headers,
599  * that is send/receive frames that start with a virtio-net header.
600  * If not set, NETMAP_REQ_REGISTER will fail with netmap ports that require
601  * applications to use those headers. If the flag is set, the application can
602  * use the NETMAP_VNET_HDR_GET command to figure out the header length. */
603 #define NR_ACCEPT_VNET_HDR      0x8000
604 /* The following two have the same meaning of NETMAP_NO_TX_POLL and
605  * NETMAP_DO_RX_POLL. */
606 #define NR_DO_RX_POLL           0x10000
607 #define NR_NO_TX_POLL           0x20000
608 };
609
610 /* Valid values for nmreq_register.nr_mode (see above). */
611 enum {  NR_REG_DEFAULT  = 0,    /* backward compat, should not be used. */
612         NR_REG_ALL_NIC  = 1,
613         NR_REG_SW       = 2,
614         NR_REG_NIC_SW   = 3,
615         NR_REG_ONE_NIC  = 4,
616         NR_REG_PIPE_MASTER = 5, /* deprecated, use "x{y" port name syntax */
617         NR_REG_PIPE_SLAVE = 6,  /* deprecated, use "x}y" port name syntax */
618         NR_REG_NULL     = 7,
619         NR_REG_ONE_SW   = 8,
620 };
621
622 /* A single ioctl number is shared by all the new API command.
623  * Demultiplexing is done using the hdr.nr_reqtype field.
624  * FreeBSD uses the size value embedded in the _IOWR to determine
625  * how much to copy in/out, so we define the ioctl() command
626  * specifying only nmreq_header, and copyin/copyout the rest. */
627 #define NIOCCTRL        _IOWR('i', 151, struct nmreq_header)
628
629 /* The ioctl commands to sync TX/RX netmap rings.
630  * NIOCTXSYNC, NIOCRXSYNC synchronize tx or rx queues,
631  *      whose identity is set in NETMAP_REQ_REGISTER through nr_ringid.
632  *      These are non blocking and take no argument. */
633 #define NIOCTXSYNC      _IO('i', 148) /* sync tx queues */
634 #define NIOCRXSYNC      _IO('i', 149) /* sync rx queues */
635
636 /*
637  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_PORT_INFO_GET
638  * Get information about a netmap port, including number of rings.
639  * slots per ring, id of the memory allocator, etc. The netmap
640  * control device used for this operation does not need to be bound
641  * to a netmap port.
642  */
643 struct nmreq_port_info_get {
644         uint64_t        nr_memsize;     /* size of the shared region */
645         uint32_t        nr_tx_slots;    /* slots in tx rings */
646         uint32_t        nr_rx_slots;    /* slots in rx rings */
647         uint16_t        nr_tx_rings;    /* number of tx rings */
648         uint16_t        nr_rx_rings;    /* number of rx rings */
649         uint16_t        nr_host_tx_rings; /* number of host tx rings */
650         uint16_t        nr_host_rx_rings; /* number of host rx rings */
651         uint16_t        nr_mem_id;      /* memory allocator id (in/out) */
652         uint16_t        pad[3];
653 };
654
655 #define NM_BDG_NAME             "vale"  /* prefix for bridge port name */
656
657 /*
658  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_VALE_ATTACH
659  * Attach a netmap port to a VALE switch. Both the name of the netmap
660  * port and the VALE switch are specified through the nr_name argument.
661  * The attach operation could need to register a port, so at least
662  * the same arguments are available.
663  * port_index will contain the index where the port has been attached.
664  */
665 struct nmreq_vale_attach {
666         struct nmreq_register reg;
667         uint32_t port_index;
668         uint32_t pad1;
669 };
670
671 /*
672  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_VALE_DETACH
673  * Detach a netmap port from a VALE switch. Both the name of the netmap
674  * port and the VALE switch are specified through the nr_name argument.
675  * port_index will contain the index where the port was attached.
676  */
677 struct nmreq_vale_detach {
678         uint32_t port_index;
679         uint32_t pad1;
680 };
681
682 /*
683  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_VALE_LIST
684  * List the ports of a VALE switch.
685  */
686 struct nmreq_vale_list {
687         /* Name of the VALE port (valeXXX:YYY) or empty. */
688         uint16_t        nr_bridge_idx;
689         uint16_t        pad1;
690         uint32_t        nr_port_idx;
691 };
692
693 /*
694  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_PORT_HDR_SET or NETMAP_REQ_PORT_HDR_GET
695  * Set or get the port header length of the port identified by hdr.nr_name.
696  * The control device does not need to be bound to a netmap port.
697  */
698 struct nmreq_port_hdr {
699         uint32_t        nr_hdr_len;
700         uint32_t        pad1;
701 };
702
703 /*
704  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_VALE_NEWIF
705  * Create a new persistent VALE port.
706  */
707 struct nmreq_vale_newif {
708         uint32_t        nr_tx_slots;    /* slots in tx rings */
709         uint32_t        nr_rx_slots;    /* slots in rx rings */
710         uint16_t        nr_tx_rings;    /* number of tx rings */
711         uint16_t        nr_rx_rings;    /* number of rx rings */
712         uint16_t        nr_mem_id;      /* id of the memory allocator */
713         uint16_t        pad1;
714 };
715
716 /*
717  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_VALE_POLLING_ENABLE or NETMAP_REQ_VALE_POLLING_DISABLE
718  * Enable or disable polling kthreads on a VALE port.
719  */
720 struct nmreq_vale_polling {
721         uint32_t        nr_mode;
722 #define NETMAP_POLLING_MODE_SINGLE_CPU 1
723 #define NETMAP_POLLING_MODE_MULTI_CPU 2
724         uint32_t        nr_first_cpu_id;
725         uint32_t        nr_num_polling_cpus;
726         uint32_t        pad1;
727 };
728
729 /*
730  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_POOLS_INFO_GET
731  * Get info about the pools of the memory allocator of the netmap
732  * port specified by hdr.nr_name and nr_mem_id. The netmap control
733  * device used for this operation does not need to be bound to a netmap
734  * port.
735  */
736 struct nmreq_pools_info {
737         uint64_t        nr_memsize;
738         uint16_t        nr_mem_id; /* in/out argument */
739         uint16_t        pad1[3];
740         uint64_t        nr_if_pool_offset;
741         uint32_t        nr_if_pool_objtotal;
742         uint32_t        nr_if_pool_objsize;
743         uint64_t        nr_ring_pool_offset;
744         uint32_t        nr_ring_pool_objtotal;
745         uint32_t        nr_ring_pool_objsize;
746         uint64_t        nr_buf_pool_offset;
747         uint32_t        nr_buf_pool_objtotal;
748         uint32_t        nr_buf_pool_objsize;
749 };
750
751 /*
752  * nr_reqtype: NETMAP_REQ_SYNC_KLOOP_START
753  * Start an in-kernel loop that syncs the rings periodically or on
754  * notifications. The loop runs in the context of the ioctl syscall,
755  * and only stops on NETMAP_REQ_SYNC_KLOOP_STOP.
756  * The registered netmap port must be open in CSB mode.
757  */
758 struct nmreq_sync_kloop_start {
759         /* Sleeping is the default synchronization method for the kloop.
760          * The 'sleep_us' field specifies how many microsconds to sleep for
761          * when there is no work to do, before doing another kloop iteration.
762          */
763         uint32_t        sleep_us;
764         uint32_t        pad1;
765 };
766
767 /* A CSB entry for the application --> kernel direction. */
768 struct nm_csb_atok {
769         uint32_t head;            /* AW+ KR+ the head of the appl netmap_ring */
770         uint32_t cur;             /* AW+ KR+ the cur of the appl netmap_ring */
771         uint32_t appl_need_kick;  /* AW+ KR+ kern --> appl notification enable */
772         uint32_t sync_flags;      /* AW+ KR+ the flags of the appl [tx|rx]sync() */
773         uint32_t pad[12];         /* pad to a 64 bytes cacheline */
774 };
775
776 /* A CSB entry for the application <-- kernel direction. */
777 struct nm_csb_ktoa {
778         uint32_t hwcur;           /* AR+ KW+ the hwcur of the kern netmap_kring */
779         uint32_t hwtail;          /* AR+ KW+ the hwtail of the kern netmap_kring */
780         uint32_t kern_need_kick;  /* AR+ KW+ appl-->kern notification enable */
781         uint32_t pad[13];
782 };
783
784 #ifdef __linux__
785
786 #ifdef __KERNEL__
787 #define nm_stst_barrier smp_wmb
788 #define nm_ldld_barrier smp_rmb
789 #define nm_stld_barrier smp_mb
790 #else  /* !__KERNEL__ */
791 static inline void nm_stst_barrier(void)
792 {
793         /* A memory barrier with release semantic has the combined
794          * effect of a store-store barrier and a load-store barrier,
795          * which is fine for us. */
796         __atomic_thread_fence(__ATOMIC_RELEASE);
797 }
798 static inline void nm_ldld_barrier(void)
799 {
800         /* A memory barrier with acquire semantic has the combined
801          * effect of a load-load barrier and a store-load barrier,
802          * which is fine for us. */
803         __atomic_thread_fence(__ATOMIC_ACQUIRE);
804 }
805 #endif /* !__KERNEL__ */
806
807 #elif defined(__FreeBSD__)
808
809 #ifdef _KERNEL
810 #define nm_stst_barrier atomic_thread_fence_rel
811 #define nm_ldld_barrier atomic_thread_fence_acq
812 #define nm_stld_barrier atomic_thread_fence_seq_cst
813 #else  /* !_KERNEL */
814 #include <stdatomic.h>
815 static inline void nm_stst_barrier(void)
816 {
817         atomic_thread_fence(memory_order_release);
818 }
819 static inline void nm_ldld_barrier(void)
820 {
821         atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
822 }
823 #endif /* !_KERNEL */
824
825 #else  /* !__linux__ && !__FreeBSD__ */
826 #error "OS not supported"
827 #endif /* !__linux__ && !__FreeBSD__ */
828
829 /* Application side of sync-kloop: Write ring pointers (cur, head) to the CSB.
830  * This routine is coupled with sync_kloop_kernel_read(). */
831 static inline void
832 nm_sync_kloop_appl_write(struct nm_csb_atok *atok, uint32_t cur,
833                          uint32_t head)
834 {
835         /* Issue a first store-store barrier to make sure writes to the
836          * netmap ring do not overcome updates on atok->cur and atok->head. */
837         nm_stst_barrier();
838
839         /*
840          * We need to write cur and head to the CSB but we cannot do it atomically.
841          * There is no way we can prevent the host from reading the updated value
842          * of one of the two and the old value of the other. However, if we make
843          * sure that the host never reads a value of head more recent than the
844          * value of cur we are safe. We can allow the host to read a value of cur
845          * more recent than the value of head, since in the netmap ring cur can be
846          * ahead of head and cur cannot wrap around head because it must be behind
847          * tail. Inverting the order of writes below could instead result into the
848          * host to think head went ahead of cur, which would cause the sync
849          * prologue to fail.
850          *
851          * The following memory barrier scheme is used to make this happen:
852          *
853          *          Guest                Host
854          *
855          *          STORE(cur)           LOAD(head)
856          *          wmb() <----------->  rmb()
857          *          STORE(head)          LOAD(cur)
858          *
859          */
860         atok->cur = cur;
861         nm_stst_barrier();
862         atok->head = head;
863 }
864
865 /* Application side of sync-kloop: Read kring pointers (hwcur, hwtail) from
866  * the CSB. This routine is coupled with sync_kloop_kernel_write(). */
867 static inline void
868 nm_sync_kloop_appl_read(struct nm_csb_ktoa *ktoa, uint32_t *hwtail,
869                         uint32_t *hwcur)
870 {
871         /*
872          * We place a memory barrier to make sure that the update of hwtail never
873          * overtakes the update of hwcur.
874          * (see explanation in sync_kloop_kernel_write).
875          */
876         *hwtail = ktoa->hwtail;
877         nm_ldld_barrier();
878         *hwcur = ktoa->hwcur;
879
880         /* Make sure that loads from ktoa->hwtail and ktoa->hwcur are not delayed
881          * after the loads from the netmap ring. */
882         nm_ldld_barrier();
883 }
884
885 /*
886  * data for NETMAP_REQ_OPT_* options
887  */
888
889 struct nmreq_opt_sync_kloop_eventfds {
890         struct nmreq_option     nro_opt;        /* common header */
891         /* An array of N entries for bidirectional notifications between
892          * the kernel loop and the application. The number of entries and
893          * their order must agree with the CSB arrays passed in the
894          * NETMAP_REQ_OPT_CSB option. Each entry contains a file descriptor
895          * backed by an eventfd.
896          *
897          * If any of the 'ioeventfd' entries is < 0, the event loop uses
898          * the sleeping synchronization strategy (according to sleep_us),
899          * and keeps kern_need_kick always disabled.
900          * Each 'irqfd' can be < 0, and in that case the corresponding queue
901          * is never notified.
902          */
903         struct {
904                 /* Notifier for the application --> kernel loop direction. */
905                 int32_t ioeventfd;
906                 /* Notifier for the kernel loop --> application direction. */
907                 int32_t irqfd;
908         } eventfds[0];
909 };
910
911 struct nmreq_opt_sync_kloop_mode {
912         struct nmreq_option     nro_opt;        /* common header */
913 #define NM_OPT_SYNC_KLOOP_DIRECT_TX (1 << 0)
914 #define NM_OPT_SYNC_KLOOP_DIRECT_RX (1 << 1)
915         uint32_t mode;
916 };
917
918 struct nmreq_opt_extmem {
919         struct nmreq_option     nro_opt;        /* common header */
920         uint64_t                nro_usrptr;     /* (in) ptr to usr memory */
921         struct nmreq_pools_info nro_info;       /* (in/out) */
922 };
923
924 struct nmreq_opt_csb {
925         struct nmreq_option     nro_opt;
926
927         /* Array of CSB entries for application --> kernel communication
928          * (N entries). */
929         uint64_t                csb_atok;
930
931         /* Array of CSB entries for kernel --> application communication
932          * (N entries). */
933         uint64_t                csb_ktoa;
934 };
935
936 #endif /* _NET_NETMAP_H_ */