xref: /DragonOS/kernel/src/driver/net/virtio_net.rs (revision 91e9d4ab55ef960f57a1b6287bc523ca4341f67a)
113776c11Slogin use core::{
213776c11Slogin     cell::UnsafeCell,
313776c11Slogin     fmt::Debug,
413776c11Slogin     ops::{Deref, DerefMut},
513776c11Slogin };
613776c11Slogin 
713776c11Slogin use alloc::{string::String, sync::Arc};
813776c11Slogin use smoltcp::{phy, wire};
913776c11Slogin use virtio_drivers::{device::net::VirtIONet, transport::Transport};
1013776c11Slogin 
11*91e9d4abSLoGin use super::NetDriver;
1213776c11Slogin use crate::{
13b087521eSChiichen     driver::{
1406d5e247SLoGin         base::{
15a03c4f9dSLoGin             device::{bus::Bus, driver::Driver, Device, IdTable},
16a03c4f9dSLoGin             kobject::{KObjType, KObject, KObjectState},
1706d5e247SLoGin         },
18b087521eSChiichen         virtio::virtio_impl::HalImpl,
19d470019bSLoGin     },
20d470019bSLoGin     kerror, kinfo,
2113776c11Slogin     libs::spinlock::SpinLock,
2213776c11Slogin     net::{generate_iface_id, NET_DRIVERS},
2313776c11Slogin     time::Instant,
2413776c11Slogin };
25*91e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
2613776c11Slogin 
2713776c11Slogin /// @brief Virtio网络设备驱动(加锁)
2813776c11Slogin pub struct VirtioNICDriver<T: Transport> {
2913776c11Slogin     pub inner: Arc<SpinLock<VirtIONet<HalImpl, T, 2>>>,
3013776c11Slogin }
3113776c11Slogin 
3213776c11Slogin impl<T: Transport> Clone for VirtioNICDriver<T> {
3313776c11Slogin     fn clone(&self) -> Self {
3413776c11Slogin         return VirtioNICDriver {
3513776c11Slogin             inner: self.inner.clone(),
3613776c11Slogin         };
3713776c11Slogin     }
3813776c11Slogin }
3913776c11Slogin 
4013776c11Slogin /// @brief 网卡驱动的包裹器,这是为了获取网卡驱动的可变引用而设计的。
4113776c11Slogin /// 由于smoltcp的设计,导致需要在poll的时候获取网卡驱动的可变引用,
4213776c11Slogin /// 同时需要在token的consume里面获取可变引用。为了避免双重加锁,所以需要这个包裹器。
4313776c11Slogin struct VirtioNICDriverWrapper<T: Transport>(UnsafeCell<VirtioNICDriver<T>>);
4413776c11Slogin unsafe impl<T: Transport> Send for VirtioNICDriverWrapper<T> {}
4513776c11Slogin unsafe impl<T: Transport> Sync for VirtioNICDriverWrapper<T> {}
4613776c11Slogin 
4713776c11Slogin impl<T: Transport> Deref for VirtioNICDriverWrapper<T> {
4813776c11Slogin     type Target = VirtioNICDriver<T>;
4913776c11Slogin     fn deref(&self) -> &Self::Target {
5013776c11Slogin         unsafe { &*self.0.get() }
5113776c11Slogin     }
5213776c11Slogin }
5313776c11Slogin impl<T: Transport> DerefMut for VirtioNICDriverWrapper<T> {
5413776c11Slogin     fn deref_mut(&mut self) -> &mut Self::Target {
5513776c11Slogin         unsafe { &mut *self.0.get() }
5613776c11Slogin     }
5713776c11Slogin }
5813776c11Slogin 
5913776c11Slogin impl<T: Transport> VirtioNICDriverWrapper<T> {
6013776c11Slogin     fn force_get_mut(&self) -> &mut VirtioNICDriver<T> {
6113776c11Slogin         unsafe { &mut *self.0.get() }
6213776c11Slogin     }
6313776c11Slogin }
6413776c11Slogin 
6513776c11Slogin impl<T: Transport> Debug for VirtioNICDriver<T> {
6613776c11Slogin     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
6713776c11Slogin         f.debug_struct("VirtioNICDriver").finish()
6813776c11Slogin     }
6913776c11Slogin }
7013776c11Slogin 
7113776c11Slogin pub struct VirtioInterface<T: Transport> {
7213776c11Slogin     driver: VirtioNICDriverWrapper<T>,
7313776c11Slogin     iface_id: usize,
7413776c11Slogin     iface: SpinLock<smoltcp::iface::Interface>,
7513776c11Slogin     name: String,
7613776c11Slogin }
7713776c11Slogin 
7813776c11Slogin impl<T: Transport> Debug for VirtioInterface<T> {
7913776c11Slogin     fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
8013776c11Slogin         f.debug_struct("VirtioInterface")
8113776c11Slogin             .field("driver", self.driver.deref())
8213776c11Slogin             .field("iface_id", &self.iface_id)
8313776c11Slogin             .field("iface", &"smoltcp::iface::Interface")
8413776c11Slogin             .field("name", &self.name)
8513776c11Slogin             .finish()
8613776c11Slogin     }
8713776c11Slogin }
8813776c11Slogin 
8913776c11Slogin impl<T: Transport> VirtioInterface<T> {
9013776c11Slogin     pub fn new(mut driver: VirtioNICDriver<T>) -> Arc<Self> {
9113776c11Slogin         let iface_id = generate_iface_id();
9213776c11Slogin         let mut iface_config = smoltcp::iface::Config::new();
9313776c11Slogin 
9413776c11Slogin         // todo: 随机设定这个值。
9513776c11Slogin         // 参见 https://docs.rs/smoltcp/latest/smoltcp/iface/struct.Config.html#structfield.random_seed
9613776c11Slogin         iface_config.random_seed = 12345;
9713776c11Slogin 
9813776c11Slogin         iface_config.hardware_addr = Some(wire::HardwareAddress::Ethernet(
9913776c11Slogin             smoltcp::wire::EthernetAddress(driver.inner.lock().mac_address()),
10013776c11Slogin         ));
10113776c11Slogin         let iface = smoltcp::iface::Interface::new(iface_config, &mut driver);
10213776c11Slogin 
10313776c11Slogin         let driver: VirtioNICDriverWrapper<T> = VirtioNICDriverWrapper(UnsafeCell::new(driver));
10413776c11Slogin         let result = Arc::new(VirtioInterface {
10513776c11Slogin             driver,
10613776c11Slogin             iface_id,
10713776c11Slogin             iface: SpinLock::new(iface),
10813776c11Slogin             name: format!("eth{}", iface_id),
10913776c11Slogin         });
11013776c11Slogin 
11113776c11Slogin         return result;
11213776c11Slogin     }
11313776c11Slogin }
11413776c11Slogin 
11513776c11Slogin impl<T: 'static + Transport> VirtioNICDriver<T> {
11613776c11Slogin     pub fn new(driver_net: VirtIONet<HalImpl, T, 2>) -> Self {
11713776c11Slogin         let mut iface_config = smoltcp::iface::Config::new();
11813776c11Slogin 
11913776c11Slogin         // todo: 随机设定这个值。
12013776c11Slogin         // 参见 https://docs.rs/smoltcp/latest/smoltcp/iface/struct.Config.html#structfield.random_seed
12113776c11Slogin         iface_config.random_seed = 12345;
12213776c11Slogin 
12313776c11Slogin         iface_config.hardware_addr = Some(wire::HardwareAddress::Ethernet(
12413776c11Slogin             smoltcp::wire::EthernetAddress(driver_net.mac_address()),
12513776c11Slogin         ));
12613776c11Slogin 
12713776c11Slogin         let inner: Arc<SpinLock<VirtIONet<HalImpl, T, 2>>> = Arc::new(SpinLock::new(driver_net));
12813776c11Slogin         let result = VirtioNICDriver { inner };
12913776c11Slogin         return result;
13013776c11Slogin     }
13113776c11Slogin }
13213776c11Slogin 
13313776c11Slogin pub struct VirtioNetToken<T: Transport> {
13413776c11Slogin     driver: VirtioNICDriver<T>,
13513776c11Slogin     rx_buffer: Option<virtio_drivers::device::net::RxBuffer>,
13613776c11Slogin }
13713776c11Slogin 
13813776c11Slogin impl<'a, T: Transport> VirtioNetToken<T> {
13913776c11Slogin     pub fn new(
14013776c11Slogin         driver: VirtioNICDriver<T>,
14113776c11Slogin         rx_buffer: Option<virtio_drivers::device::net::RxBuffer>,
14213776c11Slogin     ) -> Self {
14313776c11Slogin         return Self { driver, rx_buffer };
14413776c11Slogin     }
14513776c11Slogin }
14613776c11Slogin 
14713776c11Slogin impl<T: Transport> phy::Device for VirtioNICDriver<T> {
14813776c11Slogin     type RxToken<'a> = VirtioNetToken<T> where Self: 'a;
14913776c11Slogin     type TxToken<'a> = VirtioNetToken<T> where Self: 'a;
15013776c11Slogin 
15113776c11Slogin     fn receive(
15213776c11Slogin         &mut self,
15313776c11Slogin         _timestamp: smoltcp::time::Instant,
15413776c11Slogin     ) -> Option<(Self::RxToken<'_>, Self::TxToken<'_>)> {
15513776c11Slogin         match self.inner.lock().receive() {
15613776c11Slogin             Ok(buf) => Some((
15713776c11Slogin                 VirtioNetToken::new(self.clone(), Some(buf)),
15813776c11Slogin                 VirtioNetToken::new(self.clone(), None),
15913776c11Slogin             )),
16013776c11Slogin             Err(virtio_drivers::Error::NotReady) => None,
16113776c11Slogin             Err(err) => panic!("VirtIO receive failed: {}", err),
16213776c11Slogin         }
16313776c11Slogin     }
16413776c11Slogin 
16513776c11Slogin     fn transmit(&mut self, _timestamp: smoltcp::time::Instant) -> Option<Self::TxToken<'_>> {
16613776c11Slogin         // kdebug!("VirtioNet: transmit");
16740609970SGnoCiYeH         if self.inner.lock_irqsave().can_send() {
16813776c11Slogin             // kdebug!("VirtioNet: can send");
16913776c11Slogin             return Some(VirtioNetToken::new(self.clone(), None));
17013776c11Slogin         } else {
17113776c11Slogin             // kdebug!("VirtioNet: can not send");
17213776c11Slogin             return None;
17313776c11Slogin         }
17413776c11Slogin     }
17513776c11Slogin 
17613776c11Slogin     fn capabilities(&self) -> phy::DeviceCapabilities {
17713776c11Slogin         let mut caps = phy::DeviceCapabilities::default();
17813776c11Slogin         // 网卡的最大传输单元. 请与IP层的MTU进行区分。这个值应当是网卡的最大传输单元,而不是IP层的MTU。
17913776c11Slogin         caps.max_transmission_unit = 2000;
18013776c11Slogin         /*
18113776c11Slogin            Maximum burst size, in terms of MTU.
18213776c11Slogin            The network device is unable to send or receive bursts large than the value returned by this function.
18313776c11Slogin            If None, there is no fixed limit on burst size, e.g. if network buffers are dynamically allocated.
18413776c11Slogin         */
18513776c11Slogin         caps.max_burst_size = Some(1);
18613776c11Slogin         return caps;
18713776c11Slogin     }
18813776c11Slogin }
18913776c11Slogin 
19013776c11Slogin impl<T: Transport> phy::TxToken for VirtioNetToken<T> {
19113776c11Slogin     fn consume<R, F>(self, len: usize, f: F) -> R
19213776c11Slogin     where
19313776c11Slogin         F: FnOnce(&mut [u8]) -> R,
19413776c11Slogin     {
19513776c11Slogin         // // 为了线程安全,这里需要对VirtioNet进行加【写锁】,以保证对设备的互斥访问。
19613776c11Slogin 
19713776c11Slogin         let mut driver_net = self.driver.inner.lock();
19813776c11Slogin         let mut tx_buf = driver_net.new_tx_buffer(len);
19913776c11Slogin         let result = f(tx_buf.packet_mut());
20013776c11Slogin         driver_net.send(tx_buf).expect("virtio_net send failed");
20113776c11Slogin         return result;
20213776c11Slogin     }
20313776c11Slogin }
20413776c11Slogin 
20513776c11Slogin impl<T: Transport> phy::RxToken for VirtioNetToken<T> {
20613776c11Slogin     fn consume<R, F>(self, f: F) -> R
20713776c11Slogin     where
20813776c11Slogin         F: FnOnce(&mut [u8]) -> R,
20913776c11Slogin     {
21013776c11Slogin         // 为了线程安全,这里需要对VirtioNet进行加【写锁】,以保证对设备的互斥访问。
21113776c11Slogin         let mut rx_buf = self.rx_buffer.unwrap();
21213776c11Slogin         let result = f(rx_buf.packet_mut());
21313776c11Slogin         self.driver
21413776c11Slogin             .inner
21513776c11Slogin             .lock()
21613776c11Slogin             .recycle_rx_buffer(rx_buf)
21713776c11Slogin             .expect("virtio_net recv failed");
21813776c11Slogin         result
21913776c11Slogin     }
22013776c11Slogin }
22113776c11Slogin 
22213776c11Slogin /// @brief virtio-net 驱动的初始化与测试
22313776c11Slogin pub fn virtio_net<T: Transport + 'static>(transport: T) {
22413776c11Slogin     let driver_net: VirtIONet<HalImpl, T, 2> =
22513776c11Slogin         match VirtIONet::<HalImpl, T, 2>::new(transport, 4096) {
22613776c11Slogin             Ok(net) => net,
22713776c11Slogin             Err(_) => {
22813776c11Slogin                 kerror!("VirtIONet init failed");
22913776c11Slogin                 return;
23013776c11Slogin             }
23113776c11Slogin         };
23213776c11Slogin     let mac = smoltcp::wire::EthernetAddress::from_bytes(&driver_net.mac_address());
23313776c11Slogin     let driver: VirtioNICDriver<T> = VirtioNICDriver::new(driver_net);
23413776c11Slogin     let iface = VirtioInterface::new(driver);
23506d5e247SLoGin     let name = iface.name.clone();
23613776c11Slogin     // 将网卡的接口信息注册到全局的网卡接口信息表中
23713776c11Slogin     NET_DRIVERS.write().insert(iface.nic_id(), iface.clone());
23813776c11Slogin     kinfo!(
23913776c11Slogin         "Virtio-net driver init successfully!\tNetDevID: [{}], MAC: [{}]",
24006d5e247SLoGin         name,
24113776c11Slogin         mac
24213776c11Slogin     );
24313776c11Slogin }
24413776c11Slogin 
24506d5e247SLoGin impl<T: Transport + 'static> Driver for VirtioInterface<T> {
246a03c4f9dSLoGin     fn id_table(&self) -> Option<IdTable> {
247b087521eSChiichen         todo!()
248b087521eSChiichen     }
249b087521eSChiichen 
250a03c4f9dSLoGin     fn add_device(&self, _device: Arc<dyn Device>) {
251b087521eSChiichen         todo!()
252b087521eSChiichen     }
253b087521eSChiichen 
254a03c4f9dSLoGin     fn delete_device(&self, _device: &Arc<dyn Device>) {
255a03c4f9dSLoGin         todo!()
256a03c4f9dSLoGin     }
257a03c4f9dSLoGin 
258a03c4f9dSLoGin     fn devices(&self) -> alloc::vec::Vec<Arc<dyn Device>> {
259a03c4f9dSLoGin         todo!()
260a03c4f9dSLoGin     }
261a03c4f9dSLoGin 
262a03c4f9dSLoGin     fn bus(&self) -> Option<Arc<dyn Bus>> {
263a03c4f9dSLoGin         todo!()
264a03c4f9dSLoGin     }
265a03c4f9dSLoGin 
266a03c4f9dSLoGin     fn set_bus(&self, _bus: Option<Arc<dyn Bus>>) {
267b087521eSChiichen         todo!()
268b087521eSChiichen     }
269b087521eSChiichen }
270b087521eSChiichen 
27106d5e247SLoGin impl<T: Transport + 'static> NetDriver for VirtioInterface<T> {
27213776c11Slogin     fn mac(&self) -> smoltcp::wire::EthernetAddress {
27313776c11Slogin         let mac: [u8; 6] = self.driver.inner.lock().mac_address();
27413776c11Slogin         return smoltcp::wire::EthernetAddress::from_bytes(&mac);
27513776c11Slogin     }
27613776c11Slogin 
27713776c11Slogin     #[inline]
27813776c11Slogin     fn nic_id(&self) -> usize {
27913776c11Slogin         return self.iface_id;
28013776c11Slogin     }
28113776c11Slogin 
28213776c11Slogin     #[inline]
28313776c11Slogin     fn name(&self) -> String {
28413776c11Slogin         return self.name.clone();
28513776c11Slogin     }
28613776c11Slogin 
28713776c11Slogin     fn update_ip_addrs(&self, ip_addrs: &[wire::IpCidr]) -> Result<(), SystemError> {
28813776c11Slogin         if ip_addrs.len() != 1 {
28913776c11Slogin             return Err(SystemError::EINVAL);
29013776c11Slogin         }
29113776c11Slogin 
29213776c11Slogin         self.iface.lock().update_ip_addrs(|addrs| {
29313776c11Slogin             let dest = addrs.iter_mut().next();
29413776c11Slogin             if let None = dest {
29513776c11Slogin                 addrs.push(ip_addrs[0]).expect("Push ipCidr failed: full");
29613776c11Slogin             } else {
29713776c11Slogin                 let dest = dest.unwrap();
29813776c11Slogin                 *dest = ip_addrs[0];
29913776c11Slogin             }
30013776c11Slogin         });
30113776c11Slogin         return Ok(());
30213776c11Slogin     }
30313776c11Slogin 
304*91e9d4abSLoGin     fn poll(&self, sockets: &mut smoltcp::iface::SocketSet) -> Result<(), SystemError> {
30513776c11Slogin         let timestamp: smoltcp::time::Instant = Instant::now().into();
30613776c11Slogin         let mut guard = self.iface.lock();
30713776c11Slogin         let poll_res = guard.poll(timestamp, self.driver.force_get_mut(), sockets);
30813776c11Slogin         // todo: notify!!!
309971462beSGnoCiYeH         // kdebug!("Virtio Interface poll:{poll_res}");
31013776c11Slogin         if poll_res {
31113776c11Slogin             return Ok(());
31213776c11Slogin         }
31379a452ceShoumkh         return Err(SystemError::EAGAIN_OR_EWOULDBLOCK);
31413776c11Slogin     }
31513776c11Slogin 
31613776c11Slogin     #[inline(always)]
31713776c11Slogin     fn inner_iface(&self) -> &SpinLock<smoltcp::iface::Interface> {
31813776c11Slogin         return &self.iface;
31913776c11Slogin     }
32013776c11Slogin     // fn as_any_ref(&'static self) -> &'static dyn core::any::Any {
32113776c11Slogin     //     return self;
32213776c11Slogin     // }
32313776c11Slogin }
32413776c11Slogin 
32506d5e247SLoGin impl<T: Transport + 'static> KObject for VirtioInterface<T> {
32606d5e247SLoGin     fn as_any_ref(&self) -> &dyn core::any::Any {
32706d5e247SLoGin         self
32806d5e247SLoGin     }
32906d5e247SLoGin 
33006d5e247SLoGin     fn set_inode(&self, _inode: Option<Arc<crate::filesystem::kernfs::KernFSInode>>) {
33106d5e247SLoGin         todo!()
33206d5e247SLoGin     }
33306d5e247SLoGin 
33406d5e247SLoGin     fn inode(&self) -> Option<Arc<crate::filesystem::kernfs::KernFSInode>> {
33506d5e247SLoGin         todo!()
33606d5e247SLoGin     }
33706d5e247SLoGin 
33806d5e247SLoGin     fn parent(&self) -> Option<alloc::sync::Weak<dyn KObject>> {
33906d5e247SLoGin         todo!()
34006d5e247SLoGin     }
34106d5e247SLoGin 
34206d5e247SLoGin     fn set_parent(&self, _parent: Option<alloc::sync::Weak<dyn KObject>>) {
34306d5e247SLoGin         todo!()
34406d5e247SLoGin     }
34506d5e247SLoGin 
34606d5e247SLoGin     fn kset(&self) -> Option<Arc<crate::driver::base::kset::KSet>> {
34706d5e247SLoGin         todo!()
34806d5e247SLoGin     }
34906d5e247SLoGin 
35006d5e247SLoGin     fn set_kset(&self, _kset: Option<Arc<crate::driver::base::kset::KSet>>) {
35106d5e247SLoGin         todo!()
35206d5e247SLoGin     }
35306d5e247SLoGin 
35406d5e247SLoGin     fn kobj_type(&self) -> Option<&'static dyn crate::driver::base::kobject::KObjType> {
35506d5e247SLoGin         todo!()
35606d5e247SLoGin     }
35706d5e247SLoGin 
35806d5e247SLoGin     fn name(&self) -> String {
35906d5e247SLoGin         self.name.clone()
36006d5e247SLoGin     }
36106d5e247SLoGin 
36206d5e247SLoGin     fn set_name(&self, _name: String) {
36306d5e247SLoGin         todo!()
36406d5e247SLoGin     }
36506d5e247SLoGin 
36606d5e247SLoGin     fn kobj_state(
36706d5e247SLoGin         &self,
36806d5e247SLoGin     ) -> crate::libs::rwlock::RwLockReadGuard<crate::driver::base::kobject::KObjectState> {
36906d5e247SLoGin         todo!()
37006d5e247SLoGin     }
37106d5e247SLoGin 
37206d5e247SLoGin     fn kobj_state_mut(
37306d5e247SLoGin         &self,
37406d5e247SLoGin     ) -> crate::libs::rwlock::RwLockWriteGuard<crate::driver::base::kobject::KObjectState> {
37506d5e247SLoGin         todo!()
37606d5e247SLoGin     }
37706d5e247SLoGin 
378a03c4f9dSLoGin     fn set_kobj_state(&self, _state: KObjectState) {
379a03c4f9dSLoGin         todo!()
380a03c4f9dSLoGin     }
381a03c4f9dSLoGin 
382a03c4f9dSLoGin     fn set_kobj_type(&self, _ktype: Option<&'static dyn KObjType>) {
38306d5e247SLoGin         todo!()
38406d5e247SLoGin     }
38506d5e247SLoGin }
38606d5e247SLoGin 
38713776c11Slogin // 向编译器保证,VirtioNICDriver在线程之间是安全的.
38813776c11Slogin // 由于smoltcp只会在token内真正操作网卡设备,并且在VirtioNetToken的consume
38913776c11Slogin // 方法内,会对VirtioNet进行加【写锁】,因此,能够保证对设备操作的的互斥访问,
39013776c11Slogin // 因此VirtioNICDriver在线程之间是安全的。
39113776c11Slogin // unsafe impl<T: Transport> Sync for VirtioNICDriver<T> {}
39213776c11Slogin // unsafe impl<T: Transport> Send for VirtioNICDriver<T> {}
393