qapi: drop the sentinel in enum array
[qemu/armbru.git] / docs / interop / vhost-user.txt
blob954771d0d8be76c47d2427ca432115d96fc0a81f
1 Vhost-user Protocol
2 ===================
4 Copyright (c) 2014 Virtual Open Systems Sarl.
6 This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.
7 See the COPYING file in the top-level directory.
8 ===================
10 This protocol is aiming to complement the ioctl interface used to control the
11 vhost implementation in the Linux kernel. It implements the control plane needed
12 to establish virtqueue sharing with a user space process on the same host. It
13 uses communication over a Unix domain socket to share file descriptors in the
14 ancillary data of the message.
16 The protocol defines 2 sides of the communication, master and slave. Master is
17 the application that shares its virtqueues, in our case QEMU. Slave is the
18 consumer of the virtqueues.
20 In the current implementation QEMU is the Master, and the Slave is intended to
21 be a software Ethernet switch running in user space, such as Snabbswitch.
23 Master and slave can be either a client (i.e. connecting) or server (listening)
24 in the socket communication.
26 Message Specification
27 ---------------------
29 Note that all numbers are in the machine native byte order. A vhost-user message
30 consists of 3 header fields and a payload:
32 ------------------------------------
33 | request | flags | size | payload |
34 ------------------------------------
36  * Request: 32-bit type of the request
37  * Flags: 32-bit bit field:
38    - Lower 2 bits are the version (currently 0x01)
39    - Bit 2 is the reply flag - needs to be sent on each reply from the slave
40    - Bit 3 is the need_reply flag - see VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK for
41      details.
42  * Size - 32-bit size of the payload
45 Depending on the request type, payload can be:
47  * A single 64-bit integer
48    -------
49    | u64 |
50    -------
52    u64: a 64-bit unsigned integer
54  * A vring state description
55    ---------------
56   | index | num |
57   ---------------
59    Index: a 32-bit index
60    Num: a 32-bit number
62  * A vring address description
63    --------------------------------------------------------------
64    | index | flags | size | descriptor | used | available | log |
65    --------------------------------------------------------------
67    Index: a 32-bit vring index
68    Flags: a 32-bit vring flags
69    Descriptor: a 64-bit user address of the vring descriptor table
70    Used: a 64-bit user address of the vring used ring
71    Available: a 64-bit user address of the vring available ring
72    Log: a 64-bit guest address for logging
74  * Memory regions description
75    ---------------------------------------------------
76    | num regions | padding | region0 | ... | region7 |
77    ---------------------------------------------------
79    Num regions: a 32-bit number of regions
80    Padding: 32-bit
82    A region is:
83    -----------------------------------------------------
84    | guest address | size | user address | mmap offset |
85    -----------------------------------------------------
87    Guest address: a 64-bit guest address of the region
88    Size: a 64-bit size
89    User address: a 64-bit user address
90    mmap offset: 64-bit offset where region starts in the mapped memory
92 * Log description
93    ---------------------------
94    | log size | log offset |
95    ---------------------------
96    log size: size of area used for logging
97    log offset: offset from start of supplied file descriptor
98        where logging starts (i.e. where guest address 0 would be logged)
100  * An IOTLB message
101    ---------------------------------------------------------
102    | iova | size | user address | permissions flags | type |
103    ---------------------------------------------------------
105    IOVA: a 64-bit I/O virtual address programmed by the guest
106    Size: a 64-bit size
107    User address: a 64-bit user address
108    Permissions: a 8-bit value:
109     - 0: No access
110     - 1: Read access
111     - 2: Write access
112     - 3: Read/Write access
113    Type: a 8-bit IOTLB message type:
114     - 1: IOTLB miss
115     - 2: IOTLB update
116     - 3: IOTLB invalidate
117     - 4: IOTLB access fail
119 In QEMU the vhost-user message is implemented with the following struct:
121 typedef struct VhostUserMsg {
122     VhostUserRequest request;
123     uint32_t flags;
124     uint32_t size;
125     union {
126         uint64_t u64;
127         struct vhost_vring_state state;
128         struct vhost_vring_addr addr;
129         VhostUserMemory memory;
130         VhostUserLog log;
131         struct vhost_iotlb_msg iotlb;
132     };
133 } QEMU_PACKED VhostUserMsg;
135 Communication
136 -------------
138 The protocol for vhost-user is based on the existing implementation of vhost
139 for the Linux Kernel. Most messages that can be sent via the Unix domain socket
140 implementing vhost-user have an equivalent ioctl to the kernel implementation.
142 The communication consists of master sending message requests and slave sending
143 message replies. Most of the requests don't require replies. Here is a list of
144 the ones that do:
146  * VHOST_USER_GET_FEATURES
147  * VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES
148  * VHOST_USER_GET_VRING_BASE
149  * VHOST_USER_SET_LOG_BASE (if VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD)
151 [ Also see the section on REPLY_ACK protocol extension. ]
153 There are several messages that the master sends with file descriptors passed
154 in the ancillary data:
156  * VHOST_USER_SET_MEM_TABLE
157  * VHOST_USER_SET_LOG_BASE (if VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD)
158  * VHOST_USER_SET_LOG_FD
159  * VHOST_USER_SET_VRING_KICK
160  * VHOST_USER_SET_VRING_CALL
161  * VHOST_USER_SET_VRING_ERR
162  * VHOST_USER_SET_SLAVE_REQ_FD
164 If Master is unable to send the full message or receives a wrong reply it will
165 close the connection. An optional reconnection mechanism can be implemented.
167 Any protocol extensions are gated by protocol feature bits,
168 which allows full backwards compatibility on both master
169 and slave.
170 As older slaves don't support negotiating protocol features,
171 a feature bit was dedicated for this purpose:
172 #define VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES 30
174 Starting and stopping rings
175 ----------------------
176 Client must only process each ring when it is started.
178 Client must only pass data between the ring and the
179 backend, when the ring is enabled.
181 If ring is started but disabled, client must process the
182 ring without talking to the backend.
184 For example, for a networking device, in the disabled state
185 client must not supply any new RX packets, but must process
186 and discard any TX packets.
188 If VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES has not been negotiated, the ring is initialized
189 in an enabled state.
191 If VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES has been negotiated, the ring is initialized
192 in a disabled state. Client must not pass data to/from the backend until ring is enabled by
193 VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE with parameter 1, or after it has been disabled by
194 VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE with parameter 0.
196 Each ring is initialized in a stopped state, client must not process it until
197 ring is started, or after it has been stopped.
199 Client must start ring upon receiving a kick (that is, detecting that file
200 descriptor is readable) on the descriptor specified by
201 VHOST_USER_SET_VRING_KICK, and stop ring upon receiving
202 VHOST_USER_GET_VRING_BASE.
204 While processing the rings (whether they are enabled or not), client must
205 support changing some configuration aspects on the fly.
207 Multiple queue support
208 ----------------------
210 Multiple queue is treated as a protocol extension, hence the slave has to
211 implement protocol features first. The multiple queues feature is supported
212 only when the protocol feature VHOST_USER_PROTOCOL_F_MQ (bit 0) is set.
214 The max number of queues the slave supports can be queried with message
215 VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES. Master should stop when the number of
216 requested queues is bigger than that.
218 As all queues share one connection, the master uses a unique index for each
219 queue in the sent message to identify a specified queue. One queue pair
220 is enabled initially. More queues are enabled dynamically, by sending
221 message VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE.
223 Migration
224 ---------
226 During live migration, the master may need to track the modifications
227 the slave makes to the memory mapped regions. The client should mark
228 the dirty pages in a log. Once it complies to this logging, it may
229 declare the VHOST_F_LOG_ALL vhost feature.
231 To start/stop logging of data/used ring writes, server may send messages
232 VHOST_USER_SET_FEATURES with VHOST_F_LOG_ALL and VHOST_USER_SET_VRING_ADDR with
233 VHOST_VRING_F_LOG in ring's flags set to 1/0, respectively.
235 All the modifications to memory pointed by vring "descriptor" should
236 be marked. Modifications to "used" vring should be marked if
237 VHOST_VRING_F_LOG is part of ring's flags.
239 Dirty pages are of size:
240 #define VHOST_LOG_PAGE 0x1000
242 The log memory fd is provided in the ancillary data of
243 VHOST_USER_SET_LOG_BASE message when the slave has
244 VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD protocol feature.
246 The size of the log is supplied as part of VhostUserMsg
247 which should be large enough to cover all known guest
248 addresses. Log starts at the supplied offset in the
249 supplied file descriptor.
250 The log covers from address 0 to the maximum of guest
251 regions. In pseudo-code, to mark page at "addr" as dirty:
253 page = addr / VHOST_LOG_PAGE
254 log[page / 8] |= 1 << page % 8
256 Where addr is the guest physical address.
258 Use atomic operations, as the log may be concurrently manipulated.
260 Note that when logging modifications to the used ring (when VHOST_VRING_F_LOG
261 is set for this ring), log_guest_addr should be used to calculate the log
262 offset: the write to first byte of the used ring is logged at this offset from
263 log start. Also note that this value might be outside the legal guest physical
264 address range (i.e. does not have to be covered by the VhostUserMemory table),
265 but the bit offset of the last byte of the ring must fall within
266 the size supplied by VhostUserLog.
268 VHOST_USER_SET_LOG_FD is an optional message with an eventfd in
269 ancillary data, it may be used to inform the master that the log has
270 been modified.
272 Once the source has finished migration, rings will be stopped by
273 the source. No further update must be done before rings are
274 restarted.
276 IOMMU support
277 -------------
279 When the VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM feature has been negotiated, the master
280 sends IOTLB entries update & invalidation by sending VHOST_USER_IOTLB_MSG
281 requests to the slave with a struct vhost_iotlb_msg as payload. For update
282 events, the iotlb payload has to be filled with the update message type (2),
283 the I/O virtual address, the size, the user virtual address, and the
284 permissions flags. Addresses and size must be within vhost memory regions set
285 via the VHOST_USER_SET_MEM_TABLE request. For invalidation events, the iotlb
286 payload has to be filled with the invalidation message type (3), the I/O virtual
287 address and the size. On success, the slave is expected to reply with a zero
288 payload, non-zero otherwise.
290 The slave relies on the slave communcation channel (see "Slave communication"
291 section below) to send IOTLB miss and access failure events, by sending
292 VHOST_USER_SLAVE_IOTLB_MSG requests to the master with a struct vhost_iotlb_msg
293 as payload. For miss events, the iotlb payload has to be filled with the miss
294 message type (1), the I/O virtual address and the permissions flags. For access
295 failure event, the iotlb payload has to be filled with the access failure
296 message type (4), the I/O virtual address and the permissions flags.
297 For synchronization purpose, the slave may rely on the reply-ack feature,
298 so the master may send a reply when operation is completed if the reply-ack
299 feature is negotiated and slaves requests a reply. For miss events, completed
300 operation means either master sent an update message containing the IOTLB entry
301 containing requested address and permission, or master sent nothing if the IOTLB
302 miss message is invalid (invalid IOVA or permission).
304 The master isn't expected to take the initiative to send IOTLB update messages,
305 as the slave sends IOTLB miss messages for the guest virtual memory areas it
306 needs to access.
308 Slave communication
309 -------------------
311 An optional communication channel is provided if the slave declares
312 VHOST_USER_PROTOCOL_F_SLAVE_REQ protocol feature, to allow the slave to make
313 requests to the master.
315 The fd is provided via VHOST_USER_SET_SLAVE_REQ_FD ancillary data.
317 A slave may then send VHOST_USER_SLAVE_* messages to the master
318 using this fd communication channel.
320 Protocol features
321 -----------------
323 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_MQ             0
324 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD      1
325 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_RARP           2
326 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK      3
327 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_MTU            4
328 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_SLAVE_REQ      5
329 #define VHOST_USER_PROTOCOL_F_CROSS_ENDIAN   6
331 Master message types
332 --------------------
334  * VHOST_USER_GET_FEATURES
336       Id: 1
337       Equivalent ioctl: VHOST_GET_FEATURES
338       Master payload: N/A
339       Slave payload: u64
341       Get from the underlying vhost implementation the features bitmask.
342       Feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES signals slave support for
343       VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES and VHOST_USER_SET_PROTOCOL_FEATURES.
345  * VHOST_USER_SET_FEATURES
347       Id: 2
348       Ioctl: VHOST_SET_FEATURES
349       Master payload: u64
351       Enable features in the underlying vhost implementation using a bitmask.
352       Feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES signals slave support for
353       VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES and VHOST_USER_SET_PROTOCOL_FEATURES.
355  * VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES
357       Id: 15
358       Equivalent ioctl: VHOST_GET_FEATURES
359       Master payload: N/A
360       Slave payload: u64
362       Get the protocol feature bitmask from the underlying vhost implementation.
363       Only legal if feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
364       VHOST_USER_GET_FEATURES.
365       Note: slave that reported VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES must support
366       this message even before VHOST_USER_SET_FEATURES was called.
368  * VHOST_USER_SET_PROTOCOL_FEATURES
370       Id: 16
371       Ioctl: VHOST_SET_FEATURES
372       Master payload: u64
374       Enable protocol features in the underlying vhost implementation.
375       Only legal if feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
376       VHOST_USER_GET_FEATURES.
377       Note: slave that reported VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES must support
378       this message even before VHOST_USER_SET_FEATURES was called.
380  * VHOST_USER_SET_OWNER
382       Id: 3
383       Equivalent ioctl: VHOST_SET_OWNER
384       Master payload: N/A
386       Issued when a new connection is established. It sets the current Master
387       as an owner of the session. This can be used on the Slave as a
388       "session start" flag.
390  * VHOST_USER_RESET_OWNER
392       Id: 4
393       Master payload: N/A
395       This is no longer used. Used to be sent to request disabling
396       all rings, but some clients interpreted it to also discard
397       connection state (this interpretation would lead to bugs).
398       It is recommended that clients either ignore this message,
399       or use it to disable all rings.
401  * VHOST_USER_SET_MEM_TABLE
403       Id: 5
404       Equivalent ioctl: VHOST_SET_MEM_TABLE
405       Master payload: memory regions description
407       Sets the memory map regions on the slave so it can translate the vring
408       addresses. In the ancillary data there is an array of file descriptors
409       for each memory mapped region. The size and ordering of the fds matches
410       the number and ordering of memory regions.
412  * VHOST_USER_SET_LOG_BASE
414       Id: 6
415       Equivalent ioctl: VHOST_SET_LOG_BASE
416       Master payload: u64
417       Slave payload: N/A
419       Sets logging shared memory space.
420       When slave has VHOST_USER_PROTOCOL_F_LOG_SHMFD protocol
421       feature, the log memory fd is provided in the ancillary data of
422       VHOST_USER_SET_LOG_BASE message, the size and offset of shared
423       memory area provided in the message.
426  * VHOST_USER_SET_LOG_FD
428       Id: 7
429       Equivalent ioctl: VHOST_SET_LOG_FD
430       Master payload: N/A
432       Sets the logging file descriptor, which is passed as ancillary data.
434  * VHOST_USER_SET_VRING_NUM
436       Id: 8
437       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_NUM
438       Master payload: vring state description
440       Set the size of the queue.
442  * VHOST_USER_SET_VRING_ADDR
444       Id: 9
445       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_ADDR
446       Master payload: vring address description
447       Slave payload: N/A
449       Sets the addresses of the different aspects of the vring.
451  * VHOST_USER_SET_VRING_BASE
453       Id: 10
454       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_BASE
455       Master payload: vring state description
457       Sets the base offset in the available vring.
459  * VHOST_USER_GET_VRING_BASE
461       Id: 11
462       Equivalent ioctl: VHOST_USER_GET_VRING_BASE
463       Master payload: vring state description
464       Slave payload: vring state description
466       Get the available vring base offset.
468  * VHOST_USER_SET_VRING_KICK
470       Id: 12
471       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_KICK
472       Master payload: u64
474       Set the event file descriptor for adding buffers to the vring. It
475       is passed in the ancillary data.
476       Bits (0-7) of the payload contain the vring index. Bit 8 is the
477       invalid FD flag. This flag is set when there is no file descriptor
478       in the ancillary data. This signals that polling should be used
479       instead of waiting for a kick.
481  * VHOST_USER_SET_VRING_CALL
483       Id: 13
484       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_CALL
485       Master payload: u64
487       Set the event file descriptor to signal when buffers are used. It
488       is passed in the ancillary data.
489       Bits (0-7) of the payload contain the vring index. Bit 8 is the
490       invalid FD flag. This flag is set when there is no file descriptor
491       in the ancillary data. This signals that polling will be used
492       instead of waiting for the call.
494  * VHOST_USER_SET_VRING_ERR
496       Id: 14
497       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_ERR
498       Master payload: u64
500       Set the event file descriptor to signal when error occurs. It
501       is passed in the ancillary data.
502       Bits (0-7) of the payload contain the vring index. Bit 8 is the
503       invalid FD flag. This flag is set when there is no file descriptor
504       in the ancillary data.
506  * VHOST_USER_GET_QUEUE_NUM
508       Id: 17
509       Equivalent ioctl: N/A
510       Master payload: N/A
511       Slave payload: u64
513       Query how many queues the backend supports. This request should be
514       sent only when VHOST_USER_PROTOCOL_F_MQ is set in queried protocol
515       features by VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
517  * VHOST_USER_SET_VRING_ENABLE
519       Id: 18
520       Equivalent ioctl: N/A
521       Master payload: vring state description
523       Signal slave to enable or disable corresponding vring.
524       This request should be sent only when VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES
525       has been negotiated.
527  * VHOST_USER_SEND_RARP
529       Id: 19
530       Equivalent ioctl: N/A
531       Master payload: u64
533       Ask vhost user backend to broadcast a fake RARP to notify the migration
534       is terminated for guest that does not support GUEST_ANNOUNCE.
535       Only legal if feature bit VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
536       VHOST_USER_GET_FEATURES and protocol feature bit VHOST_USER_PROTOCOL_F_RARP
537       is present in VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
538       The first 6 bytes of the payload contain the mac address of the guest to
539       allow the vhost user backend to construct and broadcast the fake RARP.
541  * VHOST_USER_NET_SET_MTU
543       Id: 20
544       Equivalent ioctl: N/A
545       Master payload: u64
547       Set host MTU value exposed to the guest.
548       This request should be sent only when VIRTIO_NET_F_MTU feature has been
549       successfully negotiated, VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES is present in
550       VHOST_USER_GET_FEATURES and protocol feature bit
551       VHOST_USER_PROTOCOL_F_NET_MTU is present in
552       VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
553       If VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK is negotiated, slave must respond
554       with zero in case the specified MTU is valid, or non-zero otherwise.
556  * VHOST_USER_SET_SLAVE_REQ_FD
558       Id: 21
559       Equivalent ioctl: N/A
560       Master payload: N/A
562       Set the socket file descriptor for slave initiated requests. It is passed
563       in the ancillary data.
564       This request should be sent only when VHOST_USER_F_PROTOCOL_FEATURES
565       has been negotiated, and protocol feature bit VHOST_USER_PROTOCOL_F_SLAVE_REQ
566       bit is present in VHOST_USER_GET_PROTOCOL_FEATURES.
567       If VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK is negotiated, slave must respond
568       with zero for success, non-zero otherwise.
570  * VHOST_USER_IOTLB_MSG
572       Id: 22
573       Equivalent ioctl: N/A (equivalent to VHOST_IOTLB_MSG message type)
574       Master payload: struct vhost_iotlb_msg
575       Slave payload: u64
577       Send IOTLB messages with struct vhost_iotlb_msg as payload.
578       Master sends such requests to update and invalidate entries in the device
579       IOTLB. The slave has to acknowledge the request with sending zero as u64
580       payload for success, non-zero otherwise.
581       This request should be send only when VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM feature
582       has been successfully negotiated.
584  * VHOST_USER_SET_VRING_ENDIAN
586       Id: 23
587       Equivalent ioctl: VHOST_SET_VRING_ENDIAN
588       Master payload: vring state description
590       Set the endianess of a VQ for legacy devices. Little-endian is indicated
591       with state.num set to 0 and big-endian is indicated with state.num set
592       to 1. Other values are invalid.
593       This request should be sent only when VHOST_USER_PROTOCOL_F_CROSS_ENDIAN
594       has been negotiated.
595       Backends that negotiated this feature should handle both endianesses
596       and expect this message once (per VQ) during device configuration
597       (ie. before the master starts the VQ).
599 Slave message types
600 -------------------
602  * VHOST_USER_SLAVE_IOTLB_MSG
604       Id: 1
605       Equivalent ioctl: N/A (equivalent to VHOST_IOTLB_MSG message type)
606       Slave payload: struct vhost_iotlb_msg
607       Master payload: N/A
609       Send IOTLB messages with struct vhost_iotlb_msg as payload.
610       Slave sends such requests to notify of an IOTLB miss, or an IOTLB
611       access failure. If VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK is negotiated,
612       and slave set the VHOST_USER_NEED_REPLY flag, master must respond with
613       zero when operation is successfully completed, or non-zero otherwise.
614       This request should be send only when VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM feature
615       has been successfully negotiated.
617 VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK:
618 -------------------------------
619 The original vhost-user specification only demands replies for certain
620 commands. This differs from the vhost protocol implementation where commands
621 are sent over an ioctl() call and block until the client has completed.
623 With this protocol extension negotiated, the sender (QEMU) can set the
624 "need_reply" [Bit 3] flag to any command. This indicates that
625 the client MUST respond with a Payload VhostUserMsg indicating success or
626 failure. The payload should be set to zero on success or non-zero on failure,
627 unless the message already has an explicit reply body.
629 The response payload gives QEMU a deterministic indication of the result
630 of the command. Today, QEMU is expected to terminate the main vhost-user
631 loop upon receiving such errors. In future, qemu could be taught to be more
632 resilient for selective requests.
634 For the message types that already solicit a reply from the client, the
635 presence of VHOST_USER_PROTOCOL_F_REPLY_ACK or need_reply bit being set brings
636 no behavioural change. (See the 'Communication' section for details.)