Quelle  vgic_lpi_stress.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * vgic_lpi_stress - Stress test for KVM's ITS emulation
 *
 * Copyright (c) 2024 Google LLC
 */

#include <linux/sizes.h>
#include <pthread.h>
#include <stdatomic.h>
#include <sys/sysinfo.h>

#include "kvm_util.h"
#include "gic.h"
#include "gic_v3.h"
#include "gic_v3_its.h"
#include "processor.h"
#include "ucall.h"
#include "vgic.h"

#define TEST_MEMSLOT_INDEX 1

#define GIC_LPI_OFFSET 8192

static size_t nr_iterations = 1000;
static vm_paddr_t gpa_base;

static struct kvm_vm *vm;
static struct kvm_vcpu **vcpus;
static int gic_fd, its_fd;

static struct test_data {
 bool  request_vcpus_stop;
 u32  nr_cpus;
 u32  nr_devices;
 u32  nr_event_ids;

 vm_paddr_t device_table;
 vm_paddr_t collection_table;
 vm_paddr_t cmdq_base;
 void  *cmdq_base_va;
 vm_paddr_t itt_tables;

 vm_paddr_t lpi_prop_table;
 vm_paddr_t lpi_pend_tables;
} test_data =  {
 .nr_cpus = 1,
 .nr_devices = 1,
 .nr_event_ids = 16,
};

static void guest_irq_handler(struct ex_regs *regs)
{
 u32 intid = gic_get_and_ack_irq();

 if (intid == IAR_SPURIOUS)
  return;

 GUEST_ASSERT(intid >= GIC_LPI_OFFSET);
 gic_set_eoi(intid);
}

static void guest_setup_its_mappings(void)
{
 u32 coll_id, device_id, event_id, intid = GIC_LPI_OFFSET;
 u32 nr_events = test_data.nr_event_ids;
 u32 nr_devices = test_data.nr_devices;
 u32 nr_cpus = test_data.nr_cpus;

 for (coll_id = 0; coll_id < nr_cpus; coll_id++)
  its_send_mapc_cmd(test_data.cmdq_base_va, coll_id, coll_id, true);

 /* Round-robin the LPIs to all of the vCPUs in the VM */
 coll_id = 0;
 for (device_id = 0; device_id < nr_devices; device_id++) {
  vm_paddr_t itt_base = test_data.itt_tables + (device_id * SZ_64K);

  its_send_mapd_cmd(test_data.cmdq_base_va, device_id,
      itt_base, SZ_64K, true);

  for (event_id = 0; event_id < nr_events; event_id++) {
   its_send_mapti_cmd(test_data.cmdq_base_va, device_id,
        event_id, coll_id, intid++);

   coll_id = (coll_id + 1) % test_data.nr_cpus;
  }
 }
}

static void guest_invalidate_all_rdists(void)
{
 int i;

 for (i = 0; i < test_data.nr_cpus; i++)
  its_send_invall_cmd(test_data.cmdq_base_va, i);
}

static void guest_setup_gic(void)
{
 static atomic_int nr_cpus_ready = 0;
 u32 cpuid = guest_get_vcpuid();

 gic_init(GIC_V3, test_data.nr_cpus);
 gic_rdist_enable_lpis(test_data.lpi_prop_table, SZ_64K,
         test_data.lpi_pend_tables + (cpuid * SZ_64K));

 atomic_fetch_add(&nr_cpus_ready, 1);

 if (cpuid > 0)
  return;

 while (atomic_load(&nr_cpus_ready) < test_data.nr_cpus)
  cpu_relax();

 its_init(test_data.collection_table, SZ_64K,
   test_data.device_table, SZ_64K,
   test_data.cmdq_base, SZ_64K);

 guest_setup_its_mappings();
 guest_invalidate_all_rdists();
}

static void guest_code(size_t nr_lpis)
{
 guest_setup_gic();

 GUEST_SYNC(0);

 /*
 * Don't use WFI here to avoid blocking the vCPU thread indefinitely and
 * never getting the stop signal.
 */
 while (!READ_ONCE(test_data.request_vcpus_stop))
  cpu_relax();

 GUEST_DONE();
}

static void setup_memslot(void)
{
 size_t pages;
 size_t sz;

 /*
 * For the ITS:
 *  - A single level device table
 *  - A single level collection table
 *  - The command queue
 *  - An ITT for each device
 */
 sz = (3 + test_data.nr_devices) * SZ_64K;

 /*
 * For the redistributors:
 *  - A shared LPI configuration table
 *  - An LPI pending table for each vCPU
 */
 sz += (1 + test_data.nr_cpus) * SZ_64K;

 pages = sz / vm->page_size;
 gpa_base = ((vm_compute_max_gfn(vm) + 1) * vm->page_size) - sz;
 vm_userspace_mem_region_add(vm, VM_MEM_SRC_ANONYMOUS, gpa_base,
        TEST_MEMSLOT_INDEX, pages, 0);
}

#define LPI_PROP_DEFAULT_PRIO 0xa0

static void configure_lpis(void)
{
 size_t nr_lpis = test_data.nr_devices * test_data.nr_event_ids;
 u8 *tbl = addr_gpa2hva(vm, test_data.lpi_prop_table);
 size_t i;

 for (i = 0; i < nr_lpis; i++) {
  tbl[i] = LPI_PROP_DEFAULT_PRIO |
    LPI_PROP_GROUP1 |
    LPI_PROP_ENABLED;
 }
}

static void setup_test_data(void)
{
 size_t pages_per_64k = vm_calc_num_guest_pages(vm->mode, SZ_64K);
 u32 nr_devices = test_data.nr_devices;
 u32 nr_cpus = test_data.nr_cpus;
 vm_paddr_t cmdq_base;

 test_data.device_table = vm_phy_pages_alloc(vm, pages_per_64k,
          gpa_base,
          TEST_MEMSLOT_INDEX);

 test_data.collection_table = vm_phy_pages_alloc(vm, pages_per_64k,
       gpa_base,
       TEST_MEMSLOT_INDEX);

 cmdq_base = vm_phy_pages_alloc(vm, pages_per_64k, gpa_base,
           TEST_MEMSLOT_INDEX);
 virt_map(vm, cmdq_base, cmdq_base, pages_per_64k);
 test_data.cmdq_base = cmdq_base;
 test_data.cmdq_base_va = (void *)cmdq_base;

 test_data.itt_tables = vm_phy_pages_alloc(vm, pages_per_64k * nr_devices,
        gpa_base, TEST_MEMSLOT_INDEX);

 test_data.lpi_prop_table = vm_phy_pages_alloc(vm, pages_per_64k,
            gpa_base, TEST_MEMSLOT_INDEX);
 configure_lpis();

 test_data.lpi_pend_tables = vm_phy_pages_alloc(vm, pages_per_64k * nr_cpus,
             gpa_base, TEST_MEMSLOT_INDEX);

 sync_global_to_guest(vm, test_data);
}

static void setup_gic(void)
{
 gic_fd = vgic_v3_setup(vm, test_data.nr_cpus, 64);
 __TEST_REQUIRE(gic_fd >= 0, "Failed to create GICv3");

 its_fd = vgic_its_setup(vm);
}

static void signal_lpi(u32 device_id, u32 event_id)
{
 vm_paddr_t db_addr = GITS_BASE_GPA + GITS_TRANSLATER;

 struct kvm_msi msi = {
  .address_lo = db_addr,
  .address_hi = db_addr >> 32,
  .data  = event_id,
  .devid  = device_id,
  .flags  = KVM_MSI_VALID_DEVID,
 };

 /*
 * KVM_SIGNAL_MSI returns 1 if the MSI wasn't 'blocked' by the VM,
 * which for arm64 implies having a valid translation in the ITS.
 */
 TEST_ASSERT(__vm_ioctl(vm, KVM_SIGNAL_MSI, &msi) == 1,
      "KVM_SIGNAL_MSI ioctl failed");
}

static pthread_barrier_t test_setup_barrier;

static void *lpi_worker_thread(void *data)
{
 u32 device_id = (size_t)data;
 u32 event_id;
 size_t i;

 pthread_barrier_wait(&test_setup_barrier);

 for (i = 0; i < nr_iterations; i++)
  for (event_id = 0; event_id < test_data.nr_event_ids; event_id++)
   signal_lpi(device_id, event_id);

 return NULL;
}

static void *vcpu_worker_thread(void *data)
{
 struct kvm_vcpu *vcpu = data;
 struct ucall uc;

 while (true) {
  vcpu_run(vcpu);

  switch (get_ucall(vcpu, &uc)) {
  case UCALL_SYNC:
   pthread_barrier_wait(&test_setup_barrier);
   continue;
  case UCALL_DONE:
   return NULL;
  case UCALL_ABORT:
   REPORT_GUEST_ASSERT(uc);
   break;
  default:
   TEST_FAIL("Unknown ucall: %lu", uc.cmd);
  }
 }

 return NULL;
}

static void report_stats(struct timespec delta)
{
 double nr_lpis;
 double time;

 nr_lpis = test_data.nr_devices * test_data.nr_event_ids * nr_iterations;

 time = delta.tv_sec;
 time += ((double)delta.tv_nsec) / NSEC_PER_SEC;

 pr_info("Rate: %.2f LPIs/sec\n", nr_lpis / time);
}

static void run_test(void)
{
 u32 nr_devices = test_data.nr_devices;
 u32 nr_vcpus = test_data.nr_cpus;
 pthread_t *lpi_threads = malloc(nr_devices * sizeof(pthread_t));
 pthread_t *vcpu_threads = malloc(nr_vcpus * sizeof(pthread_t));
 struct timespec start, delta;
 size_t i;

 TEST_ASSERT(lpi_threads && vcpu_threads, "Failed to allocate pthread arrays");

 pthread_barrier_init(&test_setup_barrier, NULL, nr_vcpus + nr_devices + 1);

 for (i = 0; i < nr_vcpus; i++)
  pthread_create(&vcpu_threads[i], NULL, vcpu_worker_thread, vcpus[i]);

 for (i = 0; i < nr_devices; i++)
  pthread_create(&lpi_threads[i], NULL, lpi_worker_thread, (void *)i);

 pthread_barrier_wait(&test_setup_barrier);

 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);

 for (i = 0; i < nr_devices; i++)
  pthread_join(lpi_threads[i], NULL);

 delta = timespec_elapsed(start);
 write_guest_global(vm, test_data.request_vcpus_stop, true);

 for (i = 0; i < nr_vcpus; i++)
  pthread_join(vcpu_threads[i], NULL);

 report_stats(delta);
}

static void setup_vm(void)
{
 int i;

 vcpus = malloc(test_data.nr_cpus * sizeof(struct kvm_vcpu));
 TEST_ASSERT(vcpus, "Failed to allocate vCPU array");

 vm = vm_create_with_vcpus(test_data.nr_cpus, guest_code, vcpus);

 vm_init_descriptor_tables(vm);
 for (i = 0; i < test_data.nr_cpus; i++)
  vcpu_init_descriptor_tables(vcpus[i]);

 vm_install_exception_handler(vm, VECTOR_IRQ_CURRENT, guest_irq_handler);

 setup_memslot();

 setup_gic();

 setup_test_data();
}

static void destroy_vm(void)
{
 close(its_fd);
 close(gic_fd);
 kvm_vm_free(vm);
 free(vcpus);
}

static void pr_usage(const char *name)
{
 pr_info("%s [-v NR_VCPUS] [-d NR_DEVICES] [-e NR_EVENTS] [-i ITERS] -h\n", name);
 pr_info(" -v:\tnumber of vCPUs (default: %u)\n", test_data.nr_cpus);
 pr_info(" -d:\tnumber of devices (default: %u)\n", test_data.nr_devices);
 pr_info(" -e:\tnumber of event IDs per device (default: %u)\n", test_data.nr_event_ids);
 pr_info(" -i:\tnumber of iterations (default: %lu)\n", nr_iterations);
}

int main(int argc, char **argv)
{
 u32 nr_threads;
 int c;

 while ((c = getopt(argc, argv, "hv:d:e:i:")) != -1) {
  switch (c) {
  case 'v':
   test_data.nr_cpus = atoi(optarg);
   break;
  case 'd':
   test_data.nr_devices = atoi(optarg);
   break;
  case 'e':
   test_data.nr_event_ids = atoi(optarg);
   break;
  case 'i':
   nr_iterations = strtoul(optarg, NULL, 0);
   break;
  case 'h':
  default:
   pr_usage(argv[0]);
   return 1;
  }
 }

 nr_threads = test_data.nr_cpus + test_data.nr_devices;
 if (nr_threads > get_nprocs())
  pr_info("WARNING: running %u threads on %d CPUs; performance is degraded.\n",
    nr_threads, get_nprocs());

 setup_vm();

 run_test();

 destroy_vm();

 return 0;
}