Linux 6.9-rc1
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / driver-api / vfio.rst
1 ==================================
2 VFIO - "Virtual Function I/O" [1]_
3 ==================================
4
5 Many modern systems now provide DMA and interrupt remapping facilities
6 to help ensure I/O devices behave within the boundaries they've been
7 allotted.  This includes x86 hardware with AMD-Vi and Intel VT-d,
8 POWER systems with Partitionable Endpoints (PEs) and embedded PowerPC
9 systems such as Freescale PAMU.  The VFIO driver is an IOMMU/device
10 agnostic framework for exposing direct device access to userspace, in
11 a secure, IOMMU protected environment.  In other words, this allows
12 safe [2]_, non-privileged, userspace drivers.
13
14 Why do we want that?  Virtual machines often make use of direct device
15 access ("device assignment") when configured for the highest possible
16 I/O performance.  From a device and host perspective, this simply
17 turns the VM into a userspace driver, with the benefits of
18 significantly reduced latency, higher bandwidth, and direct use of
19 bare-metal device drivers [3]_.
20
21 Some applications, particularly in the high performance computing
22 field, also benefit from low-overhead, direct device access from
23 userspace.  Examples include network adapters (often non-TCP/IP based)
24 and compute accelerators.  Prior to VFIO, these drivers had to either
25 go through the full development cycle to become proper upstream
26 driver, be maintained out of tree, or make use of the UIO framework,
27 which has no notion of IOMMU protection, limited interrupt support,
28 and requires root privileges to access things like PCI configuration
29 space.
30
31 The VFIO driver framework intends to unify these, replacing both the
32 KVM PCI specific device assignment code as well as provide a more
33 secure, more featureful userspace driver environment than UIO.
34
35 Groups, Devices, and IOMMUs
36 ---------------------------
37
38 Devices are the main target of any I/O driver.  Devices typically
39 create a programming interface made up of I/O access, interrupts,
40 and DMA.  Without going into the details of each of these, DMA is
41 by far the most critical aspect for maintaining a secure environment
42 as allowing a device read-write access to system memory imposes the
43 greatest risk to the overall system integrity.
44
45 To help mitigate this risk, many modern IOMMUs now incorporate
46 isolation properties into what was, in many cases, an interface only
47 meant for translation (ie. solving the addressing problems of devices
48 with limited address spaces).  With this, devices can now be isolated
49 from each other and from arbitrary memory access, thus allowing
50 things like secure direct assignment of devices into virtual machines.
51
52 This isolation is not always at the granularity of a single device
53 though.  Even when an IOMMU is capable of this, properties of devices,
54 interconnects, and IOMMU topologies can each reduce this isolation.
55 For instance, an individual device may be part of a larger multi-
56 function enclosure.  While the IOMMU may be able to distinguish
57 between devices within the enclosure, the enclosure may not require
58 transactions between devices to reach the IOMMU.  Examples of this
59 could be anything from a multi-function PCI device with backdoors
60 between functions to a non-PCI-ACS (Access Control Services) capable
61 bridge allowing redirection without reaching the IOMMU.  Topology
62 can also play a factor in terms of hiding devices.  A PCIe-to-PCI
63 bridge masks the devices behind it, making transaction appear as if
64 from the bridge itself.  Obviously IOMMU design plays a major factor
65 as well.
66
67 Therefore, while for the most part an IOMMU may have device level
68 granularity, any system is susceptible to reduced granularity.  The
69 IOMMU API therefore supports a notion of IOMMU groups.  A group is
70 a set of devices which is isolatable from all other devices in the
71 system.  Groups are therefore the unit of ownership used by VFIO.
72
73 While the group is the minimum granularity that must be used to
74 ensure secure user access, it's not necessarily the preferred
75 granularity.  In IOMMUs which make use of page tables, it may be
76 possible to share a set of page tables between different groups,
77 reducing the overhead both to the platform (reduced TLB thrashing,
78 reduced duplicate page tables), and to the user (programming only
79 a single set of translations).  For this reason, VFIO makes use of
80 a container class, which may hold one or more groups.  A container
81 is created by simply opening the /dev/vfio/vfio character device.
82
83 On its own, the container provides little functionality, with all
84 but a couple version and extension query interfaces locked away.
85 The user needs to add a group into the container for the next level
86 of functionality.  To do this, the user first needs to identify the
87 group associated with the desired device.  This can be done using
88 the sysfs links described in the example below.  By unbinding the
89 device from the host driver and binding it to a VFIO driver, a new
90 VFIO group will appear for the group as /dev/vfio/$GROUP, where
91 $GROUP is the IOMMU group number of which the device is a member.
92 If the IOMMU group contains multiple devices, each will need to
93 be bound to a VFIO driver before operations on the VFIO group
94 are allowed (it's also sufficient to only unbind the device from
95 host drivers if a VFIO driver is unavailable; this will make the
96 group available, but not that particular device).  TBD - interface
97 for disabling driver probing/locking a device.
98
99 Once the group is ready, it may be added to the container by opening
100 the VFIO group character device (/dev/vfio/$GROUP) and using the
101 VFIO_GROUP_SET_CONTAINER ioctl, passing the file descriptor of the
102 previously opened container file.  If desired and if the IOMMU driver
103 supports sharing the IOMMU context between groups, multiple groups may
104 be set to the same container.  If a group fails to set to a container
105 with existing groups, a new empty container will need to be used
106 instead.
107
108 With a group (or groups) attached to a container, the remaining
109 ioctls become available, enabling access to the VFIO IOMMU interfaces.
110 Additionally, it now becomes possible to get file descriptors for each
111 device within a group using an ioctl on the VFIO group file descriptor.
112
113 The VFIO device API includes ioctls for describing the device, the I/O
114 regions and their read/write/mmap offsets on the device descriptor, as
115 well as mechanisms for describing and registering interrupt
116 notifications.
117
118 VFIO Usage Example
119 ------------------
120
121 Assume user wants to access PCI device 0000:06:0d.0::
122
123         $ readlink /sys/bus/pci/devices/0000:06:0d.0/iommu_group
124         ../../../../kernel/iommu_groups/26
125
126 This device is therefore in IOMMU group 26.  This device is on the
127 pci bus, therefore the user will make use of vfio-pci to manage the
128 group::
129
130         # modprobe vfio-pci
131
132 Binding this device to the vfio-pci driver creates the VFIO group
133 character devices for this group::
134
135         $ lspci -n -s 0000:06:0d.0
136         06:0d.0 0401: 1102:0002 (rev 08)
137         # echo 0000:06:0d.0 > /sys/bus/pci/devices/0000:06:0d.0/driver/unbind
138         # echo 1102 0002 > /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id
139
140 Now we need to look at what other devices are in the group to free
141 it for use by VFIO::
142
143         $ ls -l /sys/bus/pci/devices/0000:06:0d.0/iommu_group/devices
144         total 0
145         lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Apr 23 16:13 0000:00:1e.0 ->
146                 ../../../../devices/pci0000:00/0000:00:1e.0
147         lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Apr 23 16:13 0000:06:0d.0 ->
148                 ../../../../devices/pci0000:00/0000:00:1e.0/0000:06:0d.0
149         lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Apr 23 16:13 0000:06:0d.1 ->
150                 ../../../../devices/pci0000:00/0000:00:1e.0/0000:06:0d.1
151
152 This device is behind a PCIe-to-PCI bridge [4]_, therefore we also
153 need to add device 0000:06:0d.1 to the group following the same
154 procedure as above.  Device 0000:00:1e.0 is a bridge that does
155 not currently have a host driver, therefore it's not required to
156 bind this device to the vfio-pci driver (vfio-pci does not currently
157 support PCI bridges).
158
159 The final step is to provide the user with access to the group if
160 unprivileged operation is desired (note that /dev/vfio/vfio provides
161 no capabilities on its own and is therefore expected to be set to
162 mode 0666 by the system)::
163
164         # chown user:user /dev/vfio/26
165
166 The user now has full access to all the devices and the iommu for this
167 group and can access them as follows::
168
169         int container, group, device, i;
170         struct vfio_group_status group_status =
171                                         { .argsz = sizeof(group_status) };
172         struct vfio_iommu_type1_info iommu_info = { .argsz = sizeof(iommu_info) };
173         struct vfio_iommu_type1_dma_map dma_map = { .argsz = sizeof(dma_map) };
174         struct vfio_device_info device_info = { .argsz = sizeof(device_info) };
175
176         /* Create a new container */
177         container = open("/dev/vfio/vfio", O_RDWR);
178
179         if (ioctl(container, VFIO_GET_API_VERSION) != VFIO_API_VERSION)
180                 /* Unknown API version */
181
182         if (!ioctl(container, VFIO_CHECK_EXTENSION, VFIO_TYPE1_IOMMU))
183                 /* Doesn't support the IOMMU driver we want. */
184
185         /* Open the group */
186         group = open("/dev/vfio/26", O_RDWR);
187
188         /* Test the group is viable and available */
189         ioctl(group, VFIO_GROUP_GET_STATUS, &group_status);
190
191         if (!(group_status.flags & VFIO_GROUP_FLAGS_VIABLE))
192                 /* Group is not viable (ie, not all devices bound for vfio) */
193
194         /* Add the group to the container */
195         ioctl(group, VFIO_GROUP_SET_CONTAINER, &container);
196
197         /* Enable the IOMMU model we want */
198         ioctl(container, VFIO_SET_IOMMU, VFIO_TYPE1_IOMMU);
199
200         /* Get addition IOMMU info */
201         ioctl(container, VFIO_IOMMU_GET_INFO, &iommu_info);
202
203         /* Allocate some space and setup a DMA mapping */
204         dma_map.vaddr = mmap(0, 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE,
205                              MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);
206         dma_map.size = 1024 * 1024;
207         dma_map.iova = 0; /* 1MB starting at 0x0 from device view */
208         dma_map.flags = VFIO_DMA_MAP_FLAG_READ | VFIO_DMA_MAP_FLAG_WRITE;
209
210         ioctl(container, VFIO_IOMMU_MAP_DMA, &dma_map);
211
212         /* Get a file descriptor for the device */
213         device = ioctl(group, VFIO_GROUP_GET_DEVICE_FD, "0000:06:0d.0");
214
215         /* Test and setup the device */
216         ioctl(device, VFIO_DEVICE_GET_INFO, &device_info);
217
218         for (i = 0; i < device_info.num_regions; i++) {
219                 struct vfio_region_info reg = { .argsz = sizeof(reg) };
220
221                 reg.index = i;
222
223                 ioctl(device, VFIO_DEVICE_GET_REGION_INFO, &reg);
224
225                 /* Setup mappings... read/write offsets, mmaps
226                  * For PCI devices, config space is a region */
227         }
228
229         for (i = 0; i < device_info.num_irqs; i++) {
230                 struct vfio_irq_info irq = { .argsz = sizeof(irq) };
231
232                 irq.index = i;
233
234                 ioctl(device, VFIO_DEVICE_GET_IRQ_INFO, &irq);
235
236                 /* Setup IRQs... eventfds, VFIO_DEVICE_SET_IRQS */
237         }
238
239         /* Gratuitous device reset and go... */
240         ioctl(device, VFIO_DEVICE_RESET);
241
242 IOMMUFD and vfio_iommu_type1
243 ----------------------------
244
245 IOMMUFD is the new user API to manage I/O page tables from userspace.
246 It intends to be the portal of delivering advanced userspace DMA
247 features (nested translation [5]_, PASID [6]_, etc.) while also providing
248 a backwards compatibility interface for existing VFIO_TYPE1v2_IOMMU use
249 cases.  Eventually the vfio_iommu_type1 driver, as well as the legacy
250 vfio container and group model is intended to be deprecated.
251
252 The IOMMUFD backwards compatibility interface can be enabled two ways.
253 In the first method, the kernel can be configured with
254 CONFIG_IOMMUFD_VFIO_CONTAINER, in which case the IOMMUFD subsystem
255 transparently provides the entire infrastructure for the VFIO
256 container and IOMMU backend interfaces.  The compatibility mode can
257 also be accessed if the VFIO container interface, ie. /dev/vfio/vfio is
258 simply symlink'd to /dev/iommu.  Note that at the time of writing, the
259 compatibility mode is not entirely feature complete relative to
260 VFIO_TYPE1v2_IOMMU (ex. DMA mapping MMIO) and does not attempt to
261 provide compatibility to the VFIO_SPAPR_TCE_IOMMU interface.  Therefore
262 it is not generally advisable at this time to switch from native VFIO
263 implementations to the IOMMUFD compatibility interfaces.
264
265 Long term, VFIO users should migrate to device access through the cdev
266 interface described below, and native access through the IOMMUFD
267 provided interfaces.
268
269 VFIO Device cdev
270 ----------------
271
272 Traditionally user acquires a device fd via VFIO_GROUP_GET_DEVICE_FD
273 in a VFIO group.
274
275 With CONFIG_VFIO_DEVICE_CDEV=y the user can now acquire a device fd
276 by directly opening a character device /dev/vfio/devices/vfioX where
277 "X" is the number allocated uniquely by VFIO for registered devices.
278 cdev interface does not support noiommu devices, so user should use
279 the legacy group interface if noiommu is wanted.
280
281 The cdev only works with IOMMUFD.  Both VFIO drivers and applications
282 must adapt to the new cdev security model which requires using
283 VFIO_DEVICE_BIND_IOMMUFD to claim DMA ownership before starting to
284 actually use the device.  Once BIND succeeds then a VFIO device can
285 be fully accessed by the user.
286
287 VFIO device cdev doesn't rely on VFIO group/container/iommu drivers.
288 Hence those modules can be fully compiled out in an environment
289 where no legacy VFIO application exists.
290
291 So far SPAPR does not support IOMMUFD yet.  So it cannot support device
292 cdev either.
293
294 vfio device cdev access is still bound by IOMMU group semantics, ie. there
295 can be only one DMA owner for the group.  Devices belonging to the same
296 group can not be bound to multiple iommufd_ctx or shared between native
297 kernel and vfio bus driver or other driver supporting the driver_managed_dma
298 flag.  A violation of this ownership requirement will fail at the
299 VFIO_DEVICE_BIND_IOMMUFD ioctl, which gates full device access.
300
301 Device cdev Example
302 -------------------
303
304 Assume user wants to access PCI device 0000:6a:01.0::
305
306         $ ls /sys/bus/pci/devices/0000:6a:01.0/vfio-dev/
307         vfio0
308
309 This device is therefore represented as vfio0.  The user can verify
310 its existence::
311
312         $ ls -l /dev/vfio/devices/vfio0
313         crw------- 1 root root 511, 0 Feb 16 01:22 /dev/vfio/devices/vfio0
314         $ cat /sys/bus/pci/devices/0000:6a:01.0/vfio-dev/vfio0/dev
315         511:0
316         $ ls -l /dev/char/511\:0
317         lrwxrwxrwx 1 root root 21 Feb 16 01:22 /dev/char/511:0 -> ../vfio/devices/vfio0
318
319 Then provide the user with access to the device if unprivileged
320 operation is desired::
321
322         $ chown user:user /dev/vfio/devices/vfio0
323
324 Finally the user could get cdev fd by::
325
326         cdev_fd = open("/dev/vfio/devices/vfio0", O_RDWR);
327
328 An opened cdev_fd doesn't give the user any permission of accessing
329 the device except binding the cdev_fd to an iommufd.  After that point
330 then the device is fully accessible including attaching it to an
331 IOMMUFD IOAS/HWPT to enable userspace DMA::
332
333         struct vfio_device_bind_iommufd bind = {
334                 .argsz = sizeof(bind),
335                 .flags = 0,
336         };
337         struct iommu_ioas_alloc alloc_data  = {
338                 .size = sizeof(alloc_data),
339                 .flags = 0,
340         };
341         struct vfio_device_attach_iommufd_pt attach_data = {
342                 .argsz = sizeof(attach_data),
343                 .flags = 0,
344         };
345         struct iommu_ioas_map map = {
346                 .size = sizeof(map),
347                 .flags = IOMMU_IOAS_MAP_READABLE |
348                          IOMMU_IOAS_MAP_WRITEABLE |
349                          IOMMU_IOAS_MAP_FIXED_IOVA,
350                 .__reserved = 0,
351         };
352
353         iommufd = open("/dev/iommu", O_RDWR);
354
355         bind.iommufd = iommufd;
356         ioctl(cdev_fd, VFIO_DEVICE_BIND_IOMMUFD, &bind);
357
358         ioctl(iommufd, IOMMU_IOAS_ALLOC, &alloc_data);
359         attach_data.pt_id = alloc_data.out_ioas_id;
360         ioctl(cdev_fd, VFIO_DEVICE_ATTACH_IOMMUFD_PT, &attach_data);
361
362         /* Allocate some space and setup a DMA mapping */
363         map.user_va = (int64_t)mmap(0, 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE,
364                                     MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);
365         map.iova = 0; /* 1MB starting at 0x0 from device view */
366         map.length = 1024 * 1024;
367         map.ioas_id = alloc_data.out_ioas_id;;
368
369         ioctl(iommufd, IOMMU_IOAS_MAP, &map);
370
371         /* Other device operations as stated in "VFIO Usage Example" */
372
373 VFIO User API
374 -------------------------------------------------------------------------------
375
376 Please see include/uapi/linux/vfio.h for complete API documentation.
377
378 VFIO bus driver API
379 -------------------------------------------------------------------------------
380
381 VFIO bus drivers, such as vfio-pci make use of only a few interfaces
382 into VFIO core.  When devices are bound and unbound to the driver,
383 Following interfaces are called when devices are bound to and
384 unbound from the driver::
385
386         int vfio_register_group_dev(struct vfio_device *device);
387         int vfio_register_emulated_iommu_dev(struct vfio_device *device);
388         void vfio_unregister_group_dev(struct vfio_device *device);
389
390 The driver should embed the vfio_device in its own structure and use
391 vfio_alloc_device() to allocate the structure, and can register
392 @init/@release callbacks to manage any private state wrapping the
393 vfio_device::
394
395         vfio_alloc_device(dev_struct, member, dev, ops);
396         void vfio_put_device(struct vfio_device *device);
397
398 vfio_register_group_dev() indicates to the core to begin tracking the
399 iommu_group of the specified dev and register the dev as owned by a VFIO bus
400 driver. Once vfio_register_group_dev() returns it is possible for userspace to
401 start accessing the driver, thus the driver should ensure it is completely
402 ready before calling it. The driver provides an ops structure for callbacks
403 similar to a file operations structure::
404
405         struct vfio_device_ops {
406                 char    *name;
407                 int     (*init)(struct vfio_device *vdev);
408                 void    (*release)(struct vfio_device *vdev);
409                 int     (*bind_iommufd)(struct vfio_device *vdev,
410                                         struct iommufd_ctx *ictx, u32 *out_device_id);
411                 void    (*unbind_iommufd)(struct vfio_device *vdev);
412                 int     (*attach_ioas)(struct vfio_device *vdev, u32 *pt_id);
413                 void    (*detach_ioas)(struct vfio_device *vdev);
414                 int     (*open_device)(struct vfio_device *vdev);
415                 void    (*close_device)(struct vfio_device *vdev);
416                 ssize_t (*read)(struct vfio_device *vdev, char __user *buf,
417                                 size_t count, loff_t *ppos);
418                 ssize_t (*write)(struct vfio_device *vdev, const char __user *buf,
419                          size_t count, loff_t *size);
420                 long    (*ioctl)(struct vfio_device *vdev, unsigned int cmd,
421                                  unsigned long arg);
422                 int     (*mmap)(struct vfio_device *vdev, struct vm_area_struct *vma);
423                 void    (*request)(struct vfio_device *vdev, unsigned int count);
424                 int     (*match)(struct vfio_device *vdev, char *buf);
425                 void    (*dma_unmap)(struct vfio_device *vdev, u64 iova, u64 length);
426                 int     (*device_feature)(struct vfio_device *device, u32 flags,
427                                           void __user *arg, size_t argsz);
428         };
429
430 Each function is passed the vdev that was originally registered
431 in the vfio_register_group_dev() or vfio_register_emulated_iommu_dev()
432 call above. This allows the bus driver to obtain its private data using
433 container_of().
434
435 ::
436
437         - The init/release callbacks are issued when vfio_device is initialized
438           and released.
439
440         - The open/close device callbacks are issued when the first
441           instance of a file descriptor for the device is created (eg.
442           via VFIO_GROUP_GET_DEVICE_FD) for a user session.
443
444         - The ioctl callback provides a direct pass through for some VFIO_DEVICE_*
445           ioctls.
446
447         - The [un]bind_iommufd callbacks are issued when the device is bound to
448           and unbound from iommufd.
449
450         - The [de]attach_ioas callback is issued when the device is attached to
451           and detached from an IOAS managed by the bound iommufd. However, the
452           attached IOAS can also be automatically detached when the device is
453           unbound from iommufd.
454
455         - The read/write/mmap callbacks implement the device region access defined
456           by the device's own VFIO_DEVICE_GET_REGION_INFO ioctl.
457
458         - The request callback is issued when device is going to be unregistered,
459           such as when trying to unbind the device from the vfio bus driver.
460
461         - The dma_unmap callback is issued when a range of iovas are unmapped
462           in the container or IOAS attached by the device. Drivers which make
463           use of the vfio page pinning interface must implement this callback in
464           order to unpin pages within the dma_unmap range. Drivers must tolerate
465           this callback even before calls to open_device().
466
467 PPC64 sPAPR implementation note
468 -------------------------------
469
470 This implementation has some specifics:
471
472 1) On older systems (POWER7 with P5IOC2/IODA1) only one IOMMU group per
473    container is supported as an IOMMU table is allocated at the boot time,
474    one table per a IOMMU group which is a Partitionable Endpoint (PE)
475    (PE is often a PCI domain but not always).
476
477    Newer systems (POWER8 with IODA2) have improved hardware design which allows
478    to remove this limitation and have multiple IOMMU groups per a VFIO
479    container.
480
481 2) The hardware supports so called DMA windows - the PCI address range
482    within which DMA transfer is allowed, any attempt to access address space
483    out of the window leads to the whole PE isolation.
484
485 3) PPC64 guests are paravirtualized but not fully emulated. There is an API
486    to map/unmap pages for DMA, and it normally maps 1..32 pages per call and
487    currently there is no way to reduce the number of calls. In order to make
488    things faster, the map/unmap handling has been implemented in real mode
489    which provides an excellent performance which has limitations such as
490    inability to do locked pages accounting in real time.
491
492 4) According to sPAPR specification, A Partitionable Endpoint (PE) is an I/O
493    subtree that can be treated as a unit for the purposes of partitioning and
494    error recovery. A PE may be a single or multi-function IOA (IO Adapter), a
495    function of a multi-function IOA, or multiple IOAs (possibly including
496    switch and bridge structures above the multiple IOAs). PPC64 guests detect
497    PCI errors and recover from them via EEH RTAS services, which works on the
498    basis of additional ioctl commands.
499
500    So 4 additional ioctls have been added:
501
502         VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_GET_INFO
503                 returns the size and the start of the DMA window on the PCI bus.
504
505         VFIO_IOMMU_ENABLE
506                 enables the container. The locked pages accounting
507                 is done at this point. This lets user first to know what
508                 the DMA window is and adjust rlimit before doing any real job.
509
510         VFIO_IOMMU_DISABLE
511                 disables the container.
512
513         VFIO_EEH_PE_OP
514                 provides an API for EEH setup, error detection and recovery.
515
516    The code flow from the example above should be slightly changed::
517
518         struct vfio_eeh_pe_op pe_op = { .argsz = sizeof(pe_op), .flags = 0 };
519
520         .....
521         /* Add the group to the container */
522         ioctl(group, VFIO_GROUP_SET_CONTAINER, &container);
523
524         /* Enable the IOMMU model we want */
525         ioctl(container, VFIO_SET_IOMMU, VFIO_SPAPR_TCE_IOMMU)
526
527         /* Get addition sPAPR IOMMU info */
528         vfio_iommu_spapr_tce_info spapr_iommu_info;
529         ioctl(container, VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_GET_INFO, &spapr_iommu_info);
530
531         if (ioctl(container, VFIO_IOMMU_ENABLE))
532                 /* Cannot enable container, may be low rlimit */
533
534         /* Allocate some space and setup a DMA mapping */
535         dma_map.vaddr = mmap(0, 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE,
536                              MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);
537
538         dma_map.size = 1024 * 1024;
539         dma_map.iova = 0; /* 1MB starting at 0x0 from device view */
540         dma_map.flags = VFIO_DMA_MAP_FLAG_READ | VFIO_DMA_MAP_FLAG_WRITE;
541
542         /* Check here is .iova/.size are within DMA window from spapr_iommu_info */
543         ioctl(container, VFIO_IOMMU_MAP_DMA, &dma_map);
544
545         /* Get a file descriptor for the device */
546         device = ioctl(group, VFIO_GROUP_GET_DEVICE_FD, "0000:06:0d.0");
547
548         ....
549
550         /* Gratuitous device reset and go... */
551         ioctl(device, VFIO_DEVICE_RESET);
552
553         /* Make sure EEH is supported */
554         ioctl(container, VFIO_CHECK_EXTENSION, VFIO_EEH);
555
556         /* Enable the EEH functionality on the device */
557         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_ENABLE;
558         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
559
560         /* You're suggested to create additional data struct to represent
561          * PE, and put child devices belonging to same IOMMU group to the
562          * PE instance for later reference.
563          */
564
565         /* Check the PE's state and make sure it's in functional state */
566         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_GET_STATE;
567         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
568
569         /* Save device state using pci_save_state().
570          * EEH should be enabled on the specified device.
571          */
572
573         ....
574
575         /* Inject EEH error, which is expected to be caused by 32-bits
576          * config load.
577          */
578         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_INJECT_ERR;
579         pe_op.err.type = EEH_ERR_TYPE_32;
580         pe_op.err.func = EEH_ERR_FUNC_LD_CFG_ADDR;
581         pe_op.err.addr = 0ul;
582         pe_op.err.mask = 0ul;
583         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
584
585         ....
586
587         /* When 0xFF's returned from reading PCI config space or IO BARs
588          * of the PCI device. Check the PE's state to see if that has been
589          * frozen.
590          */
591         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
592
593         /* Waiting for pending PCI transactions to be completed and don't
594          * produce any more PCI traffic from/to the affected PE until
595          * recovery is finished.
596          */
597
598         /* Enable IO for the affected PE and collect logs. Usually, the
599          * standard part of PCI config space, AER registers are dumped
600          * as logs for further analysis.
601          */
602         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_UNFREEZE_IO;
603         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
604
605         /*
606          * Issue PE reset: hot or fundamental reset. Usually, hot reset
607          * is enough. However, the firmware of some PCI adapters would
608          * require fundamental reset.
609          */
610         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_RESET_HOT;
611         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
612         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_RESET_DEACTIVATE;
613         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
614
615         /* Configure the PCI bridges for the affected PE */
616         pe_op.op = VFIO_EEH_PE_CONFIGURE;
617         ioctl(container, VFIO_EEH_PE_OP, &pe_op);
618
619         /* Restored state we saved at initialization time. pci_restore_state()
620          * is good enough as an example.
621          */
622
623         /* Hopefully, error is recovered successfully. Now, you can resume to
624          * start PCI traffic to/from the affected PE.
625          */
626
627         ....
628
629 5) There is v2 of SPAPR TCE IOMMU. It deprecates VFIO_IOMMU_ENABLE/
630    VFIO_IOMMU_DISABLE and implements 2 new ioctls:
631    VFIO_IOMMU_SPAPR_REGISTER_MEMORY and VFIO_IOMMU_SPAPR_UNREGISTER_MEMORY
632    (which are unsupported in v1 IOMMU).
633
634    PPC64 paravirtualized guests generate a lot of map/unmap requests,
635    and the handling of those includes pinning/unpinning pages and updating
636    mm::locked_vm counter to make sure we do not exceed the rlimit.
637    The v2 IOMMU splits accounting and pinning into separate operations:
638
639    - VFIO_IOMMU_SPAPR_REGISTER_MEMORY/VFIO_IOMMU_SPAPR_UNREGISTER_MEMORY ioctls
640      receive a user space address and size of the block to be pinned.
641      Bisecting is not supported and VFIO_IOMMU_UNREGISTER_MEMORY is expected to
642      be called with the exact address and size used for registering
643      the memory block. The userspace is not expected to call these often.
644      The ranges are stored in a linked list in a VFIO container.
645
646    - VFIO_IOMMU_MAP_DMA/VFIO_IOMMU_UNMAP_DMA ioctls only update the actual
647      IOMMU table and do not do pinning; instead these check that the userspace
648      address is from pre-registered range.
649
650    This separation helps in optimizing DMA for guests.
651
652 6) sPAPR specification allows guests to have an additional DMA window(s) on
653    a PCI bus with a variable page size. Two ioctls have been added to support
654    this: VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE and VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE.
655    The platform has to support the functionality or error will be returned to
656    the userspace. The existing hardware supports up to 2 DMA windows, one is
657    2GB long, uses 4K pages and called "default 32bit window"; the other can
658    be as big as entire RAM, use different page size, it is optional - guests
659    create those in run-time if the guest driver supports 64bit DMA.
660
661    VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_CREATE receives a page shift, a DMA window size and
662    a number of TCE table levels (if a TCE table is going to be big enough and
663    the kernel may not be able to allocate enough of physically contiguous
664    memory). It creates a new window in the available slot and returns the bus
665    address where the new window starts. Due to hardware limitation, the user
666    space cannot choose the location of DMA windows.
667
668    VFIO_IOMMU_SPAPR_TCE_REMOVE receives the bus start address of the window
669    and removes it.
670
671 -------------------------------------------------------------------------------
672
673 .. [1] VFIO was originally an acronym for "Virtual Function I/O" in its
674    initial implementation by Tom Lyon while as Cisco.  We've since
675    outgrown the acronym, but it's catchy.
676
677 .. [2] "safe" also depends upon a device being "well behaved".  It's
678    possible for multi-function devices to have backdoors between
679    functions and even for single function devices to have alternative
680    access to things like PCI config space through MMIO registers.  To
681    guard against the former we can include additional precautions in the
682    IOMMU driver to group multi-function PCI devices together
683    (iommu=group_mf).  The latter we can't prevent, but the IOMMU should
684    still provide isolation.  For PCI, SR-IOV Virtual Functions are the
685    best indicator of "well behaved", as these are designed for
686    virtualization usage models.
687
688 .. [3] As always there are trade-offs to virtual machine device
689    assignment that are beyond the scope of VFIO.  It's expected that
690    future IOMMU technologies will reduce some, but maybe not all, of
691    these trade-offs.
692
693 .. [4] In this case the device is below a PCI bridge, so transactions
694    from either function of the device are indistinguishable to the iommu::
695
696         -[0000:00]-+-1e.0-[06]--+-0d.0
697                                 \-0d.1
698
699         00:1e.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801 PCI Bridge (rev 90)
700
701 .. [5] Nested translation is an IOMMU feature which supports two stage
702    address translations.  This improves the address translation efficiency
703    in IOMMU virtualization.
704
705 .. [6] PASID stands for Process Address Space ID, introduced by PCI
706    Express.  It is a prerequisite for Shared Virtual Addressing (SVA)
707    and Scalable I/O Virtualization (Scalable IOV).