Merge commit '81fd23e2b3ccf71c807e671444e8accaba98ca53' of https://git.pengutronix...
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / s390 / vfio-ap.rst
1 ===============================
2 Adjunct Processor (AP) facility
3 ===============================
4
5
6 Introduction
7 ============
8 The Adjunct Processor (AP) facility is an IBM Z cryptographic facility comprised
9 of three AP instructions and from 1 up to 256 PCIe cryptographic adapter cards.
10 The AP devices provide cryptographic functions to all CPUs assigned to a
11 linux system running in an IBM Z system LPAR.
12
13 The AP adapter cards are exposed via the AP bus. The motivation for vfio-ap
14 is to make AP cards available to KVM guests using the VFIO mediated device
15 framework. This implementation relies considerably on the s390 virtualization
16 facilities which do most of the hard work of providing direct access to AP
17 devices.
18
19 AP Architectural Overview
20 =========================
21 To facilitate the comprehension of the design, let's start with some
22 definitions:
23
24 * AP adapter
25
26   An AP adapter is an IBM Z adapter card that can perform cryptographic
27   functions. There can be from 0 to 256 adapters assigned to an LPAR. Adapters
28   assigned to the LPAR in which a linux host is running will be available to
29   the linux host. Each adapter is identified by a number from 0 to 255; however,
30   the maximum adapter number is determined by machine model and/or adapter type.
31   When installed, an AP adapter is accessed by AP instructions executed by any
32   CPU.
33
34   The AP adapter cards are assigned to a given LPAR via the system's Activation
35   Profile which can be edited via the HMC. When the linux host system is IPL'd
36   in the LPAR, the AP bus detects the AP adapter cards assigned to the LPAR and
37   creates a sysfs device for each assigned adapter. For example, if AP adapters
38   4 and 10 (0x0a) are assigned to the LPAR, the AP bus will create the following
39   sysfs device entries::
40
41     /sys/devices/ap/card04
42     /sys/devices/ap/card0a
43
44   Symbolic links to these devices will also be created in the AP bus devices
45   sub-directory::
46
47     /sys/bus/ap/devices/[card04]
48     /sys/bus/ap/devices/[card04]
49
50 * AP domain
51
52   An adapter is partitioned into domains. An adapter can hold up to 256 domains
53   depending upon the adapter type and hardware configuration. A domain is
54   identified by a number from 0 to 255; however, the maximum domain number is
55   determined by machine model and/or adapter type.. A domain can be thought of
56   as a set of hardware registers and memory used for processing AP commands. A
57   domain can be configured with a secure private key used for clear key
58   encryption. A domain is classified in one of two ways depending upon how it
59   may be accessed:
60
61     * Usage domains are domains that are targeted by an AP instruction to
62       process an AP command.
63
64     * Control domains are domains that are changed by an AP command sent to a
65       usage domain; for example, to set the secure private key for the control
66       domain.
67
68   The AP usage and control domains are assigned to a given LPAR via the system's
69   Activation Profile which can be edited via the HMC. When a linux host system
70   is IPL'd in the LPAR, the AP bus module detects the AP usage and control
71   domains assigned to the LPAR. The domain number of each usage domain and
72   adapter number of each AP adapter are combined to create AP queue devices
73   (see AP Queue section below). The domain number of each control domain will be
74   represented in a bitmask and stored in a sysfs file
75   /sys/bus/ap/ap_control_domain_mask. The bits in the mask, from most to least
76   significant bit, correspond to domains 0-255.
77
78 * AP Queue
79
80   An AP queue is the means by which an AP command is sent to a usage domain
81   inside a specific adapter. An AP queue is identified by a tuple
82   comprised of an AP adapter ID (APID) and an AP queue index (APQI). The
83   APQI corresponds to a given usage domain number within the adapter. This tuple
84   forms an AP Queue Number (APQN) uniquely identifying an AP queue. AP
85   instructions include a field containing the APQN to identify the AP queue to
86   which the AP command is to be sent for processing.
87
88   The AP bus will create a sysfs device for each APQN that can be derived from
89   the cross product of the AP adapter and usage domain numbers detected when the
90   AP bus module is loaded. For example, if adapters 4 and 10 (0x0a) and usage
91   domains 6 and 71 (0x47) are assigned to the LPAR, the AP bus will create the
92   following sysfs entries::
93
94     /sys/devices/ap/card04/04.0006
95     /sys/devices/ap/card04/04.0047
96     /sys/devices/ap/card0a/0a.0006
97     /sys/devices/ap/card0a/0a.0047
98
99   The following symbolic links to these devices will be created in the AP bus
100   devices subdirectory::
101
102     /sys/bus/ap/devices/[04.0006]
103     /sys/bus/ap/devices/[04.0047]
104     /sys/bus/ap/devices/[0a.0006]
105     /sys/bus/ap/devices/[0a.0047]
106
107 * AP Instructions:
108
109   There are three AP instructions:
110
111   * NQAP: to enqueue an AP command-request message to a queue
112   * DQAP: to dequeue an AP command-reply message from a queue
113   * PQAP: to administer the queues
114
115   AP instructions identify the domain that is targeted to process the AP
116   command; this must be one of the usage domains. An AP command may modify a
117   domain that is not one of the usage domains, but the modified domain
118   must be one of the control domains.
119
120 AP and SIE
121 ==========
122 Let's now take a look at how AP instructions executed on a guest are interpreted
123 by the hardware.
124
125 A satellite control block called the Crypto Control Block (CRYCB) is attached to
126 our main hardware virtualization control block. The CRYCB contains three fields
127 to identify the adapters, usage domains and control domains assigned to the KVM
128 guest:
129
130 * The AP Mask (APM) field is a bit mask that identifies the AP adapters assigned
131   to the KVM guest. Each bit in the mask, from left to right (i.e. from most
132   significant to least significant bit in big endian order), corresponds to
133   an APID from 0-255. If a bit is set, the corresponding adapter is valid for
134   use by the KVM guest.
135
136 * The AP Queue Mask (AQM) field is a bit mask identifying the AP usage domains
137   assigned to the KVM guest. Each bit in the mask, from left to right (i.e. from
138   most significant to least significant bit in big endian order), corresponds to
139   an AP queue index (APQI) from 0-255. If a bit is set, the corresponding queue
140   is valid for use by the KVM guest.
141
142 * The AP Domain Mask field is a bit mask that identifies the AP control domains
143   assigned to the KVM guest. The ADM bit mask controls which domains can be
144   changed by an AP command-request message sent to a usage domain from the
145   guest. Each bit in the mask, from left to right (i.e. from most significant to
146   least significant bit in big endian order), corresponds to a domain from
147   0-255. If a bit is set, the corresponding domain can be modified by an AP
148   command-request message sent to a usage domain.
149
150 If you recall from the description of an AP Queue, AP instructions include
151 an APQN to identify the AP queue to which an AP command-request message is to be
152 sent (NQAP and PQAP instructions), or from which a command-reply message is to
153 be received (DQAP instruction). The validity of an APQN is defined by the matrix
154 calculated from the APM and AQM; it is the cross product of all assigned adapter
155 numbers (APM) with all assigned queue indexes (AQM). For example, if adapters 1
156 and 2 and usage domains 5 and 6 are assigned to a guest, the APQNs (1,5), (1,6),
157 (2,5) and (2,6) will be valid for the guest.
158
159 The APQNs can provide secure key functionality - i.e., a private key is stored
160 on the adapter card for each of its domains - so each APQN must be assigned to
161 at most one guest or to the linux host::
162
163    Example 1: Valid configuration:
164    ------------------------------
165    Guest1: adapters 1,2  domains 5,6
166    Guest2: adapter  1,2  domain 7
167
168    This is valid because both guests have a unique set of APQNs:
169       Guest1 has APQNs (1,5), (1,6), (2,5), (2,6);
170       Guest2 has APQNs (1,7), (2,7)
171
172    Example 2: Valid configuration:
173    ------------------------------
174    Guest1: adapters 1,2 domains 5,6
175    Guest2: adapters 3,4 domains 5,6
176
177    This is also valid because both guests have a unique set of APQNs:
178       Guest1 has APQNs (1,5), (1,6), (2,5), (2,6);
179       Guest2 has APQNs (3,5), (3,6), (4,5), (4,6)
180
181    Example 3: Invalid configuration:
182    --------------------------------
183    Guest1: adapters 1,2  domains 5,6
184    Guest2: adapter  1    domains 6,7
185
186    This is an invalid configuration because both guests have access to
187    APQN (1,6).
188
189 The Design
190 ==========
191 The design introduces three new objects:
192
193 1. AP matrix device
194 2. VFIO AP device driver (vfio_ap.ko)
195 3. VFIO AP mediated matrix pass-through device
196
197 The VFIO AP device driver
198 -------------------------
199 The VFIO AP (vfio_ap) device driver serves the following purposes:
200
201 1. Provides the interfaces to secure APQNs for exclusive use of KVM guests.
202
203 2. Sets up the VFIO mediated device interfaces to manage a mediated matrix
204    device and creates the sysfs interfaces for assigning adapters, usage
205    domains, and control domains comprising the matrix for a KVM guest.
206
207 3. Configures the APM, AQM and ADM in the CRYCB referenced by a KVM guest's
208    SIE state description to grant the guest access to a matrix of AP devices
209
210 Reserve APQNs for exclusive use of KVM guests
211 ---------------------------------------------
212 The following block diagram illustrates the mechanism by which APQNs are
213 reserved::
214
215                                 +------------------+
216                  7 remove       |                  |
217            +--------------------> cex4queue driver |
218            |                    |                  |
219            |                    +------------------+
220            |
221            |
222            |                    +------------------+          +----------------+
223            |  5 register driver |                  | 3 create |                |
224            |   +---------------->   Device core    +---------->  matrix device |
225            |   |                |                  |          |                |
226            |   |                +--------^---------+          +----------------+
227            |   |                         |
228            |   |                         +-------------------+
229            |   | +-----------------------------------+       |
230            |   | |      4 register AP driver         |       | 2 register device
231            |   | |                                   |       |
232   +--------+---+-v---+                      +--------+-------+-+
233   |                  |                      |                  |
234   |      ap_bus      +--------------------- >  vfio_ap driver  |
235   |                  |       8 probe        |                  |
236   +--------^---------+                      +--^--^------------+
237   6 edit   |                                   |  |
238     apmask |     +-----------------------------+  | 9 mdev create
239     aqmask |     |           1 modprobe           |
240   +--------+-----+---+           +----------------+-+         +----------------+
241   |                  |           |                  |8 create |     mediated   |
242   |      admin       |           | VFIO device core |--------->     matrix     |
243   |                  +           |                  |         |     device     |
244   +------+-+---------+           +--------^---------+         +--------^-------+
245          | |                              |                            |
246          | | 9 create vfio_ap-passthrough |                            |
247          | +------------------------------+                            |
248          +-------------------------------------------------------------+
249                      10  assign adapter/domain/control domain
250
251 The process for reserving an AP queue for use by a KVM guest is:
252
253 1. The administrator loads the vfio_ap device driver
254 2. The vfio-ap driver during its initialization will register a single 'matrix'
255    device with the device core. This will serve as the parent device for
256    all mediated matrix devices used to configure an AP matrix for a guest.
257 3. The /sys/devices/vfio_ap/matrix device is created by the device core
258 4. The vfio_ap device driver will register with the AP bus for AP queue devices
259    of type 10 and higher (CEX4 and newer). The driver will provide the vfio_ap
260    driver's probe and remove callback interfaces. Devices older than CEX4 queues
261    are not supported to simplify the implementation by not needlessly
262    complicating the design by supporting older devices that will go out of
263    service in the relatively near future, and for which there are few older
264    systems around on which to test.
265 5. The AP bus registers the vfio_ap device driver with the device core
266 6. The administrator edits the AP adapter and queue masks to reserve AP queues
267    for use by the vfio_ap device driver.
268 7. The AP bus removes the AP queues reserved for the vfio_ap driver from the
269    default zcrypt cex4queue driver.
270 8. The AP bus probes the vfio_ap device driver to bind the queues reserved for
271    it.
272 9. The administrator creates a passthrough type mediated matrix device to be
273    used by a guest
274 10. The administrator assigns the adapters, usage domains and control domains
275     to be exclusively used by a guest.
276
277 Set up the VFIO mediated device interfaces
278 ------------------------------------------
279 The VFIO AP device driver utilizes the common interface of the VFIO mediated
280 device core driver to:
281
282 * Register an AP mediated bus driver to add a mediated matrix device to and
283   remove it from a VFIO group.
284 * Create and destroy a mediated matrix device
285 * Add a mediated matrix device to and remove it from the AP mediated bus driver
286 * Add a mediated matrix device to and remove it from an IOMMU group
287
288 The following high-level block diagram shows the main components and interfaces
289 of the VFIO AP mediated matrix device driver::
290
291    +-------------+
292    |             |
293    | +---------+ | mdev_register_driver() +--------------+
294    | |  Mdev   | +<-----------------------+              |
295    | |  bus    | |                        | vfio_mdev.ko |
296    | | driver  | +----------------------->+              |<-> VFIO user
297    | +---------+ |    probe()/remove()    +--------------+    APIs
298    |             |
299    |  MDEV CORE  |
300    |   MODULE    |
301    |   mdev.ko   |
302    | +---------+ | mdev_register_device() +--------------+
303    | |Physical | +<-----------------------+              |
304    | | device  | |                        |  vfio_ap.ko  |<-> matrix
305    | |interface| +----------------------->+              |    device
306    | +---------+ |       callback         +--------------+
307    +-------------+
308
309 During initialization of the vfio_ap module, the matrix device is registered
310 with an 'mdev_parent_ops' structure that provides the sysfs attribute
311 structures, mdev functions and callback interfaces for managing the mediated
312 matrix device.
313
314 * sysfs attribute structures:
315
316   supported_type_groups
317     The VFIO mediated device framework supports creation of user-defined
318     mediated device types. These mediated device types are specified
319     via the 'supported_type_groups' structure when a device is registered
320     with the mediated device framework. The registration process creates the
321     sysfs structures for each mediated device type specified in the
322     'mdev_supported_types' sub-directory of the device being registered. Along
323     with the device type, the sysfs attributes of the mediated device type are
324     provided.
325
326     The VFIO AP device driver will register one mediated device type for
327     passthrough devices:
328
329       /sys/devices/vfio_ap/matrix/mdev_supported_types/vfio_ap-passthrough
330
331     Only the read-only attributes required by the VFIO mdev framework will
332     be provided::
333
334         ... name
335         ... device_api
336         ... available_instances
337         ... device_api
338
339     Where:
340
341         * name:
342             specifies the name of the mediated device type
343         * device_api:
344             the mediated device type's API
345         * available_instances:
346             the number of mediated matrix passthrough devices
347             that can be created
348         * device_api:
349             specifies the VFIO API
350   mdev_attr_groups
351     This attribute group identifies the user-defined sysfs attributes of the
352     mediated device. When a device is registered with the VFIO mediated device
353     framework, the sysfs attribute files identified in the 'mdev_attr_groups'
354     structure will be created in the mediated matrix device's directory. The
355     sysfs attributes for a mediated matrix device are:
356
357     assign_adapter / unassign_adapter:
358       Write-only attributes for assigning/unassigning an AP adapter to/from the
359       mediated matrix device. To assign/unassign an adapter, the APID of the
360       adapter is echoed to the respective attribute file.
361     assign_domain / unassign_domain:
362       Write-only attributes for assigning/unassigning an AP usage domain to/from
363       the mediated matrix device. To assign/unassign a domain, the domain
364       number of the usage domain is echoed to the respective attribute
365       file.
366     matrix:
367       A read-only file for displaying the APQNs derived from the cross product
368       of the adapter and domain numbers assigned to the mediated matrix device.
369     assign_control_domain / unassign_control_domain:
370       Write-only attributes for assigning/unassigning an AP control domain
371       to/from the mediated matrix device. To assign/unassign a control domain,
372       the ID of the domain to be assigned/unassigned is echoed to the respective
373       attribute file.
374     control_domains:
375       A read-only file for displaying the control domain numbers assigned to the
376       mediated matrix device.
377
378 * functions:
379
380   create:
381     allocates the ap_matrix_mdev structure used by the vfio_ap driver to:
382
383     * Store the reference to the KVM structure for the guest using the mdev
384     * Store the AP matrix configuration for the adapters, domains, and control
385       domains assigned via the corresponding sysfs attributes files
386
387   remove:
388     deallocates the mediated matrix device's ap_matrix_mdev structure. This will
389     be allowed only if a running guest is not using the mdev.
390
391 * callback interfaces
392
393   open:
394     The vfio_ap driver uses this callback to register a
395     VFIO_GROUP_NOTIFY_SET_KVM notifier callback function for the mdev matrix
396     device. The open is invoked when QEMU connects the VFIO iommu group
397     for the mdev matrix device to the MDEV bus. Access to the KVM structure used
398     to configure the KVM guest is provided via this callback. The KVM structure,
399     is used to configure the guest's access to the AP matrix defined via the
400     mediated matrix device's sysfs attribute files.
401   release:
402     unregisters the VFIO_GROUP_NOTIFY_SET_KVM notifier callback function for the
403     mdev matrix device and deconfigures the guest's AP matrix.
404
405 Configure the APM, AQM and ADM in the CRYCB
406 -------------------------------------------
407 Configuring the AP matrix for a KVM guest will be performed when the
408 VFIO_GROUP_NOTIFY_SET_KVM notifier callback is invoked. The notifier
409 function is called when QEMU connects to KVM. The guest's AP matrix is
410 configured via it's CRYCB by:
411
412 * Setting the bits in the APM corresponding to the APIDs assigned to the
413   mediated matrix device via its 'assign_adapter' interface.
414 * Setting the bits in the AQM corresponding to the domains assigned to the
415   mediated matrix device via its 'assign_domain' interface.
416 * Setting the bits in the ADM corresponding to the domain dIDs assigned to the
417   mediated matrix device via its 'assign_control_domains' interface.
418
419 The CPU model features for AP
420 -----------------------------
421 The AP stack relies on the presence of the AP instructions as well as two
422 facilities: The AP Facilities Test (APFT) facility; and the AP Query
423 Configuration Information (QCI) facility. These features/facilities are made
424 available to a KVM guest via the following CPU model features:
425
426 1. ap: Indicates whether the AP instructions are installed on the guest. This
427    feature will be enabled by KVM only if the AP instructions are installed
428    on the host.
429
430 2. apft: Indicates the APFT facility is available on the guest. This facility
431    can be made available to the guest only if it is available on the host (i.e.,
432    facility bit 15 is set).
433
434 3. apqci: Indicates the AP QCI facility is available on the guest. This facility
435    can be made available to the guest only if it is available on the host (i.e.,
436    facility bit 12 is set).
437
438 Note: If the user chooses to specify a CPU model different than the 'host'
439 model to QEMU, the CPU model features and facilities need to be turned on
440 explicitly; for example::
441
442      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu z13,ap=on,apqci=on,apft=on
443
444 A guest can be precluded from using AP features/facilities by turning them off
445 explicitly; for example::
446
447      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=off,apqci=off,apft=off
448
449 Note: If the APFT facility is turned off (apft=off) for the guest, the guest
450 will not see any AP devices. The zcrypt device drivers that register for type 10
451 and newer AP devices - i.e., the cex4card and cex4queue device drivers - need
452 the APFT facility to ascertain the facilities installed on a given AP device. If
453 the APFT facility is not installed on the guest, then the probe of device
454 drivers will fail since only type 10 and newer devices can be configured for
455 guest use.
456
457 Example
458 =======
459 Let's now provide an example to illustrate how KVM guests may be given
460 access to AP facilities. For this example, we will show how to configure
461 three guests such that executing the lszcrypt command on the guests would
462 look like this:
463
464 Guest1
465 ------
466 =========== ===== ============
467 CARD.DOMAIN TYPE  MODE
468 =========== ===== ============
469 05          CEX5C CCA-Coproc
470 05.0004     CEX5C CCA-Coproc
471 05.00ab     CEX5C CCA-Coproc
472 06          CEX5A Accelerator
473 06.0004     CEX5A Accelerator
474 06.00ab     CEX5C CCA-Coproc
475 =========== ===== ============
476
477 Guest2
478 ------
479 =========== ===== ============
480 CARD.DOMAIN TYPE  MODE
481 =========== ===== ============
482 05          CEX5A Accelerator
483 05.0047     CEX5A Accelerator
484 05.00ff     CEX5A Accelerator
485 =========== ===== ============
486
487 Guest3
488 ------
489 =========== ===== ============
490 CARD.DOMAIN TYPE  MODE
491 =========== ===== ============
492 06          CEX5A Accelerator
493 06.0047     CEX5A Accelerator
494 06.00ff     CEX5A Accelerator
495 =========== ===== ============
496
497 These are the steps:
498
499 1. Install the vfio_ap module on the linux host. The dependency chain for the
500    vfio_ap module is:
501    * iommu
502    * s390
503    * zcrypt
504    * vfio
505    * vfio_mdev
506    * vfio_mdev_device
507    * KVM
508
509    To build the vfio_ap module, the kernel build must be configured with the
510    following Kconfig elements selected:
511    * IOMMU_SUPPORT
512    * S390
513    * ZCRYPT
514    * S390_AP_IOMMU
515    * VFIO
516    * VFIO_MDEV
517    * KVM
518
519    If using make menuconfig select the following to build the vfio_ap module::
520
521      -> Device Drivers
522         -> IOMMU Hardware Support
523            select S390 AP IOMMU Support
524         -> VFIO Non-Privileged userspace driver framework
525            -> Mediated device driver frramework
526               -> VFIO driver for Mediated devices
527      -> I/O subsystem
528         -> VFIO support for AP devices
529
530 2. Secure the AP queues to be used by the three guests so that the host can not
531    access them. To secure them, there are two sysfs files that specify
532    bitmasks marking a subset of the APQN range as 'usable by the default AP
533    queue device drivers' or 'not usable by the default device drivers' and thus
534    available for use by the vfio_ap device driver'. The location of the sysfs
535    files containing the masks are::
536
537      /sys/bus/ap/apmask
538      /sys/bus/ap/aqmask
539
540    The 'apmask' is a 256-bit mask that identifies a set of AP adapter IDs
541    (APID). Each bit in the mask, from left to right (i.e., from most significant
542    to least significant bit in big endian order), corresponds to an APID from
543    0-255. If a bit is set, the APID is marked as usable only by the default AP
544    queue device drivers; otherwise, the APID is usable by the vfio_ap
545    device driver.
546
547    The 'aqmask' is a 256-bit mask that identifies a set of AP queue indexes
548    (APQI). Each bit in the mask, from left to right (i.e., from most significant
549    to least significant bit in big endian order), corresponds to an APQI from
550    0-255. If a bit is set, the APQI is marked as usable only by the default AP
551    queue device drivers; otherwise, the APQI is usable by the vfio_ap device
552    driver.
553
554    Take, for example, the following mask::
555
556       0x7dffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
557
558     It indicates:
559
560       1, 2, 3, 4, 5, and 7-255 belong to the default drivers' pool, and 0 and 6
561       belong to the vfio_ap device driver's pool.
562
563    The APQN of each AP queue device assigned to the linux host is checked by the
564    AP bus against the set of APQNs derived from the cross product of APIDs
565    and APQIs marked as usable only by the default AP queue device drivers. If a
566    match is detected,  only the default AP queue device drivers will be probed;
567    otherwise, the vfio_ap device driver will be probed.
568
569    By default, the two masks are set to reserve all APQNs for use by the default
570    AP queue device drivers. There are two ways the default masks can be changed:
571
572    1. The sysfs mask files can be edited by echoing a string into the
573       respective sysfs mask file in one of two formats:
574
575       * An absolute hex string starting with 0x - like "0x12345678" - sets
576         the mask. If the given string is shorter than the mask, it is padded
577         with 0s on the right; for example, specifying a mask value of 0x41 is
578         the same as specifying::
579
580            0x4100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
581
582         Keep in mind that the mask reads from left to right (i.e., most
583         significant to least significant bit in big endian order), so the mask
584         above identifies device numbers 1 and 7 (01000001).
585
586         If the string is longer than the mask, the operation is terminated with
587         an error (EINVAL).
588
589       * Individual bits in the mask can be switched on and off by specifying
590         each bit number to be switched in a comma separated list. Each bit
591         number string must be prepended with a ('+') or minus ('-') to indicate
592         the corresponding bit is to be switched on ('+') or off ('-'). Some
593         valid values are:
594
595            - "+0"    switches bit 0 on
596            - "-13"   switches bit 13 off
597            - "+0x41" switches bit 65 on
598            - "-0xff" switches bit 255 off
599
600         The following example:
601
602               +0,-6,+0x47,-0xf0
603
604         Switches bits 0 and 71 (0x47) on
605
606         Switches bits 6 and 240 (0xf0) off
607
608         Note that the bits not specified in the list remain as they were before
609         the operation.
610
611    2. The masks can also be changed at boot time via parameters on the kernel
612       command line like this:
613
614          ap.apmask=0xffff ap.aqmask=0x40
615
616          This would create the following masks::
617
618             apmask:
619             0xffff000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
620
621             aqmask:
622             0x4000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
623
624          Resulting in these two pools::
625
626             default drivers pool:    adapter 0-15, domain 1
627             alternate drivers pool:  adapter 16-255, domains 0, 2-255
628
629 Securing the APQNs for our example
630 ----------------------------------
631    To secure the AP queues 05.0004, 05.0047, 05.00ab, 05.00ff, 06.0004, 06.0047,
632    06.00ab, and 06.00ff for use by the vfio_ap device driver, the corresponding
633    APQNs can either be removed from the default masks::
634
635       echo -5,-6 > /sys/bus/ap/apmask
636
637       echo -4,-0x47,-0xab,-0xff > /sys/bus/ap/aqmask
638
639    Or the masks can be set as follows::
640
641       echo 0xf9ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff \
642       > apmask
643
644       echo 0xf7fffffffffffffffeffffffffffffffffffffffffeffffffffffffffffffffe \
645       > aqmask
646
647    This will result in AP queues 05.0004, 05.0047, 05.00ab, 05.00ff, 06.0004,
648    06.0047, 06.00ab, and 06.00ff getting bound to the vfio_ap device driver. The
649    sysfs directory for the vfio_ap device driver will now contain symbolic links
650    to the AP queue devices bound to it::
651
652      /sys/bus/ap
653      ... [drivers]
654      ...... [vfio_ap]
655      ......... [05.0004]
656      ......... [05.0047]
657      ......... [05.00ab]
658      ......... [05.00ff]
659      ......... [06.0004]
660      ......... [06.0047]
661      ......... [06.00ab]
662      ......... [06.00ff]
663
664    Keep in mind that only type 10 and newer adapters (i.e., CEX4 and later)
665    can be bound to the vfio_ap device driver. The reason for this is to
666    simplify the implementation by not needlessly complicating the design by
667    supporting older devices that will go out of service in the relatively near
668    future and for which there are few older systems on which to test.
669
670    The administrator, therefore, must take care to secure only AP queues that
671    can be bound to the vfio_ap device driver. The device type for a given AP
672    queue device can be read from the parent card's sysfs directory. For example,
673    to see the hardware type of the queue 05.0004:
674
675      cat /sys/bus/ap/devices/card05/hwtype
676
677    The hwtype must be 10 or higher (CEX4 or newer) in order to be bound to the
678    vfio_ap device driver.
679
680 3. Create the mediated devices needed to configure the AP matrixes for the
681    three guests and to provide an interface to the vfio_ap driver for
682    use by the guests::
683
684      /sys/devices/vfio_ap/matrix/
685      --- [mdev_supported_types]
686      ------ [vfio_ap-passthrough] (passthrough mediated matrix device type)
687      --------- create
688      --------- [devices]
689
690    To create the mediated devices for the three guests::
691
692         uuidgen > create
693         uuidgen > create
694         uuidgen > create
695
696         or
697
698         echo $uuid1 > create
699         echo $uuid2 > create
700         echo $uuid3 > create
701
702    This will create three mediated devices in the [devices] subdirectory named
703    after the UUID written to the create attribute file. We call them $uuid1,
704    $uuid2 and $uuid3 and this is the sysfs directory structure after creation::
705
706      /sys/devices/vfio_ap/matrix/
707      --- [mdev_supported_types]
708      ------ [vfio_ap-passthrough]
709      --------- [devices]
710      ------------ [$uuid1]
711      --------------- assign_adapter
712      --------------- assign_control_domain
713      --------------- assign_domain
714      --------------- matrix
715      --------------- unassign_adapter
716      --------------- unassign_control_domain
717      --------------- unassign_domain
718
719      ------------ [$uuid2]
720      --------------- assign_adapter
721      --------------- assign_control_domain
722      --------------- assign_domain
723      --------------- matrix
724      --------------- unassign_adapter
725      ----------------unassign_control_domain
726      ----------------unassign_domain
727
728      ------------ [$uuid3]
729      --------------- assign_adapter
730      --------------- assign_control_domain
731      --------------- assign_domain
732      --------------- matrix
733      --------------- unassign_adapter
734      ----------------unassign_control_domain
735      ----------------unassign_domain
736
737 4. The administrator now needs to configure the matrixes for the mediated
738    devices $uuid1 (for Guest1), $uuid2 (for Guest2) and $uuid3 (for Guest3).
739
740    This is how the matrix is configured for Guest1::
741
742       echo 5 > assign_adapter
743       echo 6 > assign_adapter
744       echo 4 > assign_domain
745       echo 0xab > assign_domain
746
747    Control domains can similarly be assigned using the assign_control_domain
748    sysfs file.
749
750    If a mistake is made configuring an adapter, domain or control domain,
751    you can use the unassign_xxx files to unassign the adapter, domain or
752    control domain.
753
754    To display the matrix configuration for Guest1::
755
756          cat matrix
757
758    This is how the matrix is configured for Guest2::
759
760       echo 5 > assign_adapter
761       echo 0x47 > assign_domain
762       echo 0xff > assign_domain
763
764    This is how the matrix is configured for Guest3::
765
766       echo 6 > assign_adapter
767       echo 0x47 > assign_domain
768       echo 0xff > assign_domain
769
770    In order to successfully assign an adapter:
771
772    * The adapter number specified must represent a value from 0 up to the
773      maximum adapter number configured for the system. If an adapter number
774      higher than the maximum is specified, the operation will terminate with
775      an error (ENODEV).
776
777    * All APQNs that can be derived from the adapter ID and the IDs of
778      the previously assigned domains must be bound to the vfio_ap device
779      driver. If no domains have yet been assigned, then there must be at least
780      one APQN with the specified APID bound to the vfio_ap driver. If no such
781      APQNs are bound to the driver, the operation will terminate with an
782      error (EADDRNOTAVAIL).
783
784      No APQN that can be derived from the adapter ID and the IDs of the
785      previously assigned domains can be assigned to another mediated matrix
786      device. If an APQN is assigned to another mediated matrix device, the
787      operation will terminate with an error (EADDRINUSE).
788
789    In order to successfully assign a domain:
790
791    * The domain number specified must represent a value from 0 up to the
792      maximum domain number configured for the system. If a domain number
793      higher than the maximum is specified, the operation will terminate with
794      an error (ENODEV).
795
796    * All APQNs that can be derived from the domain ID and the IDs of
797      the previously assigned adapters must be bound to the vfio_ap device
798      driver. If no domains have yet been assigned, then there must be at least
799      one APQN with the specified APQI bound to the vfio_ap driver. If no such
800      APQNs are bound to the driver, the operation will terminate with an
801      error (EADDRNOTAVAIL).
802
803      No APQN that can be derived from the domain ID and the IDs of the
804      previously assigned adapters can be assigned to another mediated matrix
805      device. If an APQN is assigned to another mediated matrix device, the
806      operation will terminate with an error (EADDRINUSE).
807
808    In order to successfully assign a control domain, the domain number
809    specified must represent a value from 0 up to the maximum domain number
810    configured for the system. If a control domain number higher than the maximum
811    is specified, the operation will terminate with an error (ENODEV).
812
813 5. Start Guest1::
814
815      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=on,apqci=on,apft=on \
816         -device vfio-ap,sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/$uuid1 ...
817
818 7. Start Guest2::
819
820      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=on,apqci=on,apft=on \
821         -device vfio-ap,sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/$uuid2 ...
822
823 7. Start Guest3::
824
825      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=on,apqci=on,apft=on \
826         -device vfio-ap,sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/$uuid3 ...
827
828 When the guest is shut down, the mediated matrix devices may be removed.
829
830 Using our example again, to remove the mediated matrix device $uuid1::
831
832    /sys/devices/vfio_ap/matrix/
833       --- [mdev_supported_types]
834       ------ [vfio_ap-passthrough]
835       --------- [devices]
836       ------------ [$uuid1]
837       --------------- remove
838
839 ::
840
841    echo 1 > remove
842
843 This will remove all of the mdev matrix device's sysfs structures including
844 the mdev device itself. To recreate and reconfigure the mdev matrix device,
845 all of the steps starting with step 3 will have to be performed again. Note
846 that the remove will fail if a guest using the mdev is still running.
847
848 It is not necessary to remove an mdev matrix device, but one may want to
849 remove it if no guest will use it during the remaining lifetime of the linux
850 host. If the mdev matrix device is removed, one may want to also reconfigure
851 the pool of adapters and queues reserved for use by the default drivers.
852
853 Limitations
854 ===========
855 * The KVM/kernel interfaces do not provide a way to prevent restoring an APQN
856   to the default drivers pool of a queue that is still assigned to a mediated
857   device in use by a guest. It is incumbent upon the administrator to
858   ensure there is no mediated device in use by a guest to which the APQN is
859   assigned lest the host be given access to the private data of the AP queue
860   device such as a private key configured specifically for the guest.
861
862 * Dynamically modifying the AP matrix for a running guest (which would amount to
863   hot(un)plug of AP devices for the guest) is currently not supported
864
865 * Live guest migration is not supported for guests using AP devices.