arm64: dts: qcom: sm8550: add TRNG node
[linux-modified.git] / Documentation / arch / 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 an AP Control
127 Block (APCB) that has three fields to identify the adapters, usage domains and
128 control domains assigned to the KVM 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, corresponds to
132   an APID from 0-255. If a bit is set, the corresponding adapter is valid for
133   use by the KVM guest.
134
135 * The AP Queue Mask (AQM) field is a bit mask identifying the AP usage domains
136   assigned to the KVM guest. Each bit in the mask, from left to right,
137   corresponds to an AP queue index (APQI) from 0-255. If a bit is set, the
138   corresponding queue is valid for use by the KVM guest.
139
140 * The AP Domain Mask field is a bit mask that identifies the AP control domains
141   assigned to the KVM guest. The ADM bit mask controls which domains can be
142   changed by an AP command-request message sent to a usage domain from the
143   guest. Each bit in the mask, from left to right, corresponds to a domain from
144   0-255. If a bit is set, the corresponding domain can be modified by an AP
145   command-request message sent to a usage domain.
146
147 If you recall from the description of an AP Queue, AP instructions include
148 an APQN to identify the AP queue to which an AP command-request message is to be
149 sent (NQAP and PQAP instructions), or from which a command-reply message is to
150 be received (DQAP instruction). The validity of an APQN is defined by the matrix
151 calculated from the APM and AQM; it is the Cartesian product of all assigned
152 adapter numbers (APM) with all assigned queue indexes (AQM). For example, if
153 adapters 1 and 2 and usage domains 5 and 6 are assigned to a guest, the APQNs
154 (1,5), (1,6), (2,5) and (2,6) will be valid for the guest.
155
156 The APQNs can provide secure key functionality - i.e., a private key is stored
157 on the adapter card for each of its domains - so each APQN must be assigned to
158 at most one guest or to the linux host::
159
160    Example 1: Valid configuration:
161    ------------------------------
162    Guest1: adapters 1,2  domains 5,6
163    Guest2: adapter  1,2  domain 7
164
165    This is valid because both guests have a unique set of APQNs:
166       Guest1 has APQNs (1,5), (1,6), (2,5), (2,6);
167       Guest2 has APQNs (1,7), (2,7)
168
169    Example 2: Valid configuration:
170    ------------------------------
171    Guest1: adapters 1,2 domains 5,6
172    Guest2: adapters 3,4 domains 5,6
173
174    This is also valid because both guests have a unique set of APQNs:
175       Guest1 has APQNs (1,5), (1,6), (2,5), (2,6);
176       Guest2 has APQNs (3,5), (3,6), (4,5), (4,6)
177
178    Example 3: Invalid configuration:
179    --------------------------------
180    Guest1: adapters 1,2  domains 5,6
181    Guest2: adapter  1    domains 6,7
182
183    This is an invalid configuration because both guests have access to
184    APQN (1,6).
185
186 The Design
187 ==========
188 The design introduces three new objects:
189
190 1. AP matrix device
191 2. VFIO AP device driver (vfio_ap.ko)
192 3. VFIO AP mediated pass-through device
193
194 The VFIO AP device driver
195 -------------------------
196 The VFIO AP (vfio_ap) device driver serves the following purposes:
197
198 1. Provides the interfaces to secure APQNs for exclusive use of KVM guests.
199
200 2. Sets up the VFIO mediated device interfaces to manage a vfio_ap mediated
201    device and creates the sysfs interfaces for assigning adapters, usage
202    domains, and control domains comprising the matrix for a KVM guest.
203
204 3. Configures the APM, AQM and ADM in the APCB contained in the CRYCB referenced
205    by a KVM guest's SIE state description to grant the guest access to a matrix
206    of AP devices
207
208 Reserve APQNs for exclusive use of KVM guests
209 ---------------------------------------------
210 The following block diagram illustrates the mechanism by which APQNs are
211 reserved::
212
213                                 +------------------+
214                  7 remove       |                  |
215            +--------------------> cex4queue driver |
216            |                    |                  |
217            |                    +------------------+
218            |
219            |
220            |                    +------------------+          +----------------+
221            |  5 register driver |                  | 3 create |                |
222            |   +---------------->   Device core    +---------->  matrix device |
223            |   |                |                  |          |                |
224            |   |                +--------^---------+          +----------------+
225            |   |                         |
226            |   |                         +-------------------+
227            |   | +-----------------------------------+       |
228            |   | |      4 register AP driver         |       | 2 register device
229            |   | |                                   |       |
230   +--------+---+-v---+                      +--------+-------+-+
231   |                  |                      |                  |
232   |      ap_bus      +--------------------- >  vfio_ap driver  |
233   |                  |       8 probe        |                  |
234   +--------^---------+                      +--^--^------------+
235   6 edit   |                                   |  |
236     apmask |     +-----------------------------+  | 11 mdev create
237     aqmask |     |           1 modprobe           |
238   +--------+-----+---+           +----------------+-+         +----------------+
239   |                  |           |                  |10 create|     mediated   |
240   |      admin       |           | VFIO device core |--------->     matrix     |
241   |                  +           |                  |         |     device     |
242   +------+-+---------+           +--------^---------+         +--------^-------+
243          | |                              |                            |
244          | | 9 create vfio_ap-passthrough |                            |
245          | +------------------------------+                            |
246          +-------------------------------------------------------------+
247                      12  assign adapter/domain/control domain
248
249 The process for reserving an AP queue for use by a KVM guest is:
250
251 1. The administrator loads the vfio_ap device driver
252 2. The vfio-ap driver during its initialization will register a single 'matrix'
253    device with the device core. This will serve as the parent device for
254    all vfio_ap mediated devices used to configure an AP matrix for a guest.
255 3. The /sys/devices/vfio_ap/matrix device is created by the device core
256 4. The vfio_ap device driver will register with the AP bus for AP queue devices
257    of type 10 and higher (CEX4 and newer). The driver will provide the vfio_ap
258    driver's probe and remove callback interfaces. Devices older than CEX4 queues
259    are not supported to simplify the implementation by not needlessly
260    complicating the design by supporting older devices that will go out of
261    service in the relatively near future, and for which there are few older
262    systems around on which to test.
263 5. The AP bus registers the vfio_ap device driver with the device core
264 6. The administrator edits the AP adapter and queue masks to reserve AP queues
265    for use by the vfio_ap device driver.
266 7. The AP bus removes the AP queues reserved for the vfio_ap driver from the
267    default zcrypt cex4queue driver.
268 8. The AP bus probes the vfio_ap device driver to bind the queues reserved for
269    it.
270 9. The administrator creates a passthrough type vfio_ap mediated device to be
271    used by a guest
272 10. The administrator assigns the adapters, usage domains and control domains
273     to be exclusively used by a guest.
274
275 Set up the VFIO mediated device interfaces
276 ------------------------------------------
277 The VFIO AP device driver utilizes the common interfaces of the VFIO mediated
278 device core driver to:
279
280 * Register an AP mediated bus driver to add a vfio_ap mediated device to and
281   remove it from a VFIO group.
282 * Create and destroy a vfio_ap mediated device
283 * Add a vfio_ap mediated device to and remove it from the AP mediated bus driver
284 * Add a vfio_ap mediated device to and remove it from an IOMMU group
285
286 The following high-level block diagram shows the main components and interfaces
287 of the VFIO AP mediated device driver::
288
289    +-------------+
290    |             |
291    | +---------+ | mdev_register_driver() +--------------+
292    | |  Mdev   | +<-----------------------+              |
293    | |  bus    | |                        | vfio_mdev.ko |
294    | | driver  | +----------------------->+              |<-> VFIO user
295    | +---------+ |    probe()/remove()    +--------------+    APIs
296    |             |
297    |  MDEV CORE  |
298    |   MODULE    |
299    |   mdev.ko   |
300    | +---------+ | mdev_register_parent() +--------------+
301    | |Physical | +<-----------------------+              |
302    | | device  | |                        |  vfio_ap.ko  |<-> matrix
303    | |interface| +----------------------->+              |    device
304    | +---------+ |       callback         +--------------+
305    +-------------+
306
307 During initialization of the vfio_ap module, the matrix device is registered
308 with an 'mdev_parent_ops' structure that provides the sysfs attribute
309 structures, mdev functions and callback interfaces for managing the mediated
310 matrix device.
311
312 * sysfs attribute structures:
313
314   supported_type_groups
315     The VFIO mediated device framework supports creation of user-defined
316     mediated device types. These mediated device types are specified
317     via the 'supported_type_groups' structure when a device is registered
318     with the mediated device framework. The registration process creates the
319     sysfs structures for each mediated device type specified in the
320     'mdev_supported_types' sub-directory of the device being registered. Along
321     with the device type, the sysfs attributes of the mediated device type are
322     provided.
323
324     The VFIO AP device driver will register one mediated device type for
325     passthrough devices:
326
327       /sys/devices/vfio_ap/matrix/mdev_supported_types/vfio_ap-passthrough
328
329     Only the read-only attributes required by the VFIO mdev framework will
330     be provided::
331
332         ... name
333         ... device_api
334         ... available_instances
335         ... device_api
336
337     Where:
338
339         * name:
340             specifies the name of the mediated device type
341         * device_api:
342             the mediated device type's API
343         * available_instances:
344             the number of vfio_ap mediated passthrough devices
345             that can be created
346         * device_api:
347             specifies the VFIO API
348   mdev_attr_groups
349     This attribute group identifies the user-defined sysfs attributes of the
350     mediated device. When a device is registered with the VFIO mediated device
351     framework, the sysfs attribute files identified in the 'mdev_attr_groups'
352     structure will be created in the vfio_ap mediated device's directory. The
353     sysfs attributes for a vfio_ap mediated device are:
354
355     assign_adapter / unassign_adapter:
356       Write-only attributes for assigning/unassigning an AP adapter to/from the
357       vfio_ap mediated device. To assign/unassign an adapter, the APID of the
358       adapter is echoed into the respective attribute file.
359     assign_domain / unassign_domain:
360       Write-only attributes for assigning/unassigning an AP usage domain to/from
361       the vfio_ap mediated device. To assign/unassign a domain, the domain
362       number of the usage domain is echoed into the respective attribute
363       file.
364     matrix:
365       A read-only file for displaying the APQNs derived from the Cartesian
366       product of the adapter and domain numbers assigned to the vfio_ap mediated
367       device.
368     guest_matrix:
369       A read-only file for displaying the APQNs derived from the Cartesian
370       product of the adapter and domain numbers assigned to the APM and AQM
371       fields respectively of the KVM guest's CRYCB. This may differ from the
372       the APQNs assigned to the vfio_ap mediated device if any APQN does not
373       reference a queue device bound to the vfio_ap device driver (i.e., the
374       queue is not in the host's AP configuration).
375     assign_control_domain / unassign_control_domain:
376       Write-only attributes for assigning/unassigning an AP control domain
377       to/from the vfio_ap mediated device. To assign/unassign a control domain,
378       the ID of the domain to be assigned/unassigned is echoed into the
379       respective attribute file.
380     control_domains:
381       A read-only file for displaying the control domain numbers assigned to the
382       vfio_ap mediated device.
383
384 * functions:
385
386   create:
387     allocates the ap_matrix_mdev structure used by the vfio_ap driver to:
388
389     * Store the reference to the KVM structure for the guest using the mdev
390     * Store the AP matrix configuration for the adapters, domains, and control
391       domains assigned via the corresponding sysfs attributes files
392     * Store the AP matrix configuration for the adapters, domains and control
393       domains available to a guest. A guest may not be provided access to APQNs
394       referencing queue devices that do not exist, or are not bound to the
395       vfio_ap device driver.
396
397   remove:
398     deallocates the vfio_ap mediated device's ap_matrix_mdev structure.
399     This will be allowed only if a running guest is not using the mdev.
400
401 * callback interfaces
402
403   open_device:
404     The vfio_ap driver uses this callback to register a
405     VFIO_GROUP_NOTIFY_SET_KVM notifier callback function for the matrix mdev
406     devices. The open_device callback is invoked by userspace to connect the
407     VFIO iommu group for the matrix mdev device to the MDEV bus. Access to the
408     KVM structure used to configure the KVM guest is provided via this callback.
409     The KVM structure, is used to configure the guest's access to the AP matrix
410     defined via the vfio_ap mediated device's sysfs attribute files.
411
412   close_device:
413     unregisters the VFIO_GROUP_NOTIFY_SET_KVM notifier callback function for the
414     matrix mdev device and deconfigures the guest's AP matrix.
415
416   ioctl:
417     this callback handles the VFIO_DEVICE_GET_INFO and VFIO_DEVICE_RESET ioctls
418     defined by the vfio framework.
419
420 Configure the guest's AP resources
421 ----------------------------------
422 Configuring the AP resources for a KVM guest will be performed when the
423 VFIO_GROUP_NOTIFY_SET_KVM notifier callback is invoked. The notifier
424 function is called when userspace connects to KVM. The guest's AP resources are
425 configured via its APCB by:
426
427 * Setting the bits in the APM corresponding to the APIDs assigned to the
428   vfio_ap mediated device via its 'assign_adapter' interface.
429 * Setting the bits in the AQM corresponding to the domains assigned to the
430   vfio_ap mediated device via its 'assign_domain' interface.
431 * Setting the bits in the ADM corresponding to the domain dIDs assigned to the
432   vfio_ap mediated device via its 'assign_control_domains' interface.
433
434 The linux device model precludes passing a device through to a KVM guest that
435 is not bound to the device driver facilitating its pass-through. Consequently,
436 an APQN that does not reference a queue device bound to the vfio_ap device
437 driver will not be assigned to a KVM guest's matrix. The AP architecture,
438 however, does not provide a means to filter individual APQNs from the guest's
439 matrix, so the adapters, domains and control domains assigned to vfio_ap
440 mediated device via its sysfs 'assign_adapter', 'assign_domain' and
441 'assign_control_domain' interfaces will be filtered before providing the AP
442 configuration to a guest:
443
444 * The APIDs of the adapters, the APQIs of the domains and the domain numbers of
445   the control domains assigned to the matrix mdev that are not also assigned to
446   the host's AP configuration will be filtered.
447
448 * Each APQN derived from the Cartesian product of the APIDs and APQIs assigned
449   to the vfio_ap mdev is examined and if any one of them does not reference a
450   queue device bound to the vfio_ap device driver, the adapter will not be
451   plugged into the guest (i.e., the bit corresponding to its APID will not be
452   set in the APM of the guest's APCB).
453
454 The CPU model features for AP
455 -----------------------------
456 The AP stack relies on the presence of the AP instructions as well as three
457 facilities: The AP Facilities Test (APFT) facility; the AP Query
458 Configuration Information (QCI) facility; and the AP Queue Interruption Control
459 facility. These features/facilities are made available to a KVM guest via the
460 following CPU model features:
461
462 1. ap: Indicates whether the AP instructions are installed on the guest. This
463    feature will be enabled by KVM only if the AP instructions are installed
464    on the host.
465
466 2. apft: Indicates the APFT facility is available on the guest. This facility
467    can be made available to the guest only if it is available on the host (i.e.,
468    facility bit 15 is set).
469
470 3. apqci: Indicates the AP QCI facility is available on the guest. This facility
471    can be made available to the guest only if it is available on the host (i.e.,
472    facility bit 12 is set).
473
474 4. apqi: Indicates AP Queue Interruption Control faclity is available on the
475    guest. This facility can be made available to the guest only if it is
476    available on the host (i.e., facility bit 65 is set).
477
478 Note: If the user chooses to specify a CPU model different than the 'host'
479 model to QEMU, the CPU model features and facilities need to be turned on
480 explicitly; for example::
481
482      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu z13,ap=on,apqci=on,apft=on,apqi=on
483
484 A guest can be precluded from using AP features/facilities by turning them off
485 explicitly; for example::
486
487      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=off,apqci=off,apft=off,apqi=off
488
489 Note: If the APFT facility is turned off (apft=off) for the guest, the guest
490 will not see any AP devices. The zcrypt device drivers on the guest that
491 register for type 10 and newer AP devices - i.e., the cex4card and cex4queue
492 device drivers - need the APFT facility to ascertain the facilities installed on
493 a given AP device. If the APFT facility is not installed on the guest, then no
494 adapter or domain devices will get created by the AP bus running on the
495 guest because only type 10 and newer devices can be configured for guest use.
496
497 Example
498 =======
499 Let's now provide an example to illustrate how KVM guests may be given
500 access to AP facilities. For this example, we will show how to configure
501 three guests such that executing the lszcrypt command on the guests would
502 look like this:
503
504 Guest1
505 ------
506 =========== ===== ============
507 CARD.DOMAIN TYPE  MODE
508 =========== ===== ============
509 05          CEX5C CCA-Coproc
510 05.0004     CEX5C CCA-Coproc
511 05.00ab     CEX5C CCA-Coproc
512 06          CEX5A Accelerator
513 06.0004     CEX5A Accelerator
514 06.00ab     CEX5A Accelerator
515 =========== ===== ============
516
517 Guest2
518 ------
519 =========== ===== ============
520 CARD.DOMAIN TYPE  MODE
521 =========== ===== ============
522 05          CEX5C CCA-Coproc
523 05.0047     CEX5C CCA-Coproc
524 05.00ff     CEX5C CCA-Coproc
525 =========== ===== ============
526
527 Guest3
528 ------
529 =========== ===== ============
530 CARD.DOMAIN TYPE  MODE
531 =========== ===== ============
532 06          CEX5A Accelerator
533 06.0047     CEX5A Accelerator
534 06.00ff     CEX5A Accelerator
535 =========== ===== ============
536
537 These are the steps:
538
539 1. Install the vfio_ap module on the linux host. The dependency chain for the
540    vfio_ap module is:
541    * iommu
542    * s390
543    * zcrypt
544    * vfio
545    * vfio_mdev
546    * vfio_mdev_device
547    * KVM
548
549    To build the vfio_ap module, the kernel build must be configured with the
550    following Kconfig elements selected:
551    * IOMMU_SUPPORT
552    * S390
553    * ZCRYPT
554    * VFIO
555    * KVM
556
557    If using make menuconfig select the following to build the vfio_ap module::
558
559      -> Device Drivers
560         -> IOMMU Hardware Support
561            select S390 AP IOMMU Support
562         -> VFIO Non-Privileged userspace driver framework
563            -> Mediated device driver frramework
564               -> VFIO driver for Mediated devices
565      -> I/O subsystem
566         -> VFIO support for AP devices
567
568 2. Secure the AP queues to be used by the three guests so that the host can not
569    access them. To secure them, there are two sysfs files that specify
570    bitmasks marking a subset of the APQN range as usable only by the default AP
571    queue device drivers. All remaining APQNs are available for use by
572    any other device driver. The vfio_ap device driver is currently the only
573    non-default device driver. The location of the sysfs files containing the
574    masks are::
575
576      /sys/bus/ap/apmask
577      /sys/bus/ap/aqmask
578
579    The 'apmask' is a 256-bit mask that identifies a set of AP adapter IDs
580    (APID). Each bit in the mask, from left to right, corresponds to an APID from
581    0-255. If a bit is set, the APID belongs to the subset of APQNs marked as
582    available only to the default AP queue device drivers.
583
584    The 'aqmask' is a 256-bit mask that identifies a set of AP queue indexes
585    (APQI). Each bit in the mask, from left to right, corresponds to an APQI from
586    0-255. If a bit is set, the APQI belongs to the subset of APQNs marked as
587    available only to the default AP queue device drivers.
588
589    The Cartesian product of the APIDs corresponding to the bits set in the
590    apmask and the APQIs corresponding to the bits set in the aqmask comprise
591    the subset of APQNs that can be used only by the host default device drivers.
592    All other APQNs are available to the non-default device drivers such as the
593    vfio_ap driver.
594
595    Take, for example, the following masks::
596
597       apmask:
598       0x7d00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
599
600       aqmask:
601       0x8000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
602
603    The masks indicate:
604
605    * Adapters 1, 2, 3, 4, 5, and 7 are available for use by the host default
606      device drivers.
607
608    * Domain 0 is available for use by the host default device drivers
609
610    * The subset of APQNs available for use only by the default host device
611      drivers are:
612
613      (1,0), (2,0), (3,0), (4.0), (5,0) and (7,0)
614
615    * All other APQNs are available for use by the non-default device drivers.
616
617    The APQN of each AP queue device assigned to the linux host is checked by the
618    AP bus against the set of APQNs derived from the Cartesian product of APIDs
619    and APQIs marked as available to the default AP queue device drivers. If a
620    match is detected,  only the default AP queue device drivers will be probed;
621    otherwise, the vfio_ap device driver will be probed.
622
623    By default, the two masks are set to reserve all APQNs for use by the default
624    AP queue device drivers. There are two ways the default masks can be changed:
625
626    1. The sysfs mask files can be edited by echoing a string into the
627       respective sysfs mask file in one of two formats:
628
629       * An absolute hex string starting with 0x - like "0x12345678" - sets
630         the mask. If the given string is shorter than the mask, it is padded
631         with 0s on the right; for example, specifying a mask value of 0x41 is
632         the same as specifying::
633
634            0x4100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
635
636         Keep in mind that the mask reads from left to right, so the mask
637         above identifies device numbers 1 and 7 (01000001).
638
639         If the string is longer than the mask, the operation is terminated with
640         an error (EINVAL).
641
642       * Individual bits in the mask can be switched on and off by specifying
643         each bit number to be switched in a comma separated list. Each bit
644         number string must be prepended with a ('+') or minus ('-') to indicate
645         the corresponding bit is to be switched on ('+') or off ('-'). Some
646         valid values are:
647
648            - "+0"    switches bit 0 on
649            - "-13"   switches bit 13 off
650            - "+0x41" switches bit 65 on
651            - "-0xff" switches bit 255 off
652
653         The following example:
654
655               +0,-6,+0x47,-0xf0
656
657         Switches bits 0 and 71 (0x47) on
658
659         Switches bits 6 and 240 (0xf0) off
660
661         Note that the bits not specified in the list remain as they were before
662         the operation.
663
664    2. The masks can also be changed at boot time via parameters on the kernel
665       command line like this:
666
667          ap.apmask=0xffff ap.aqmask=0x40
668
669          This would create the following masks::
670
671             apmask:
672             0xffff000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
673
674             aqmask:
675             0x4000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
676
677          Resulting in these two pools::
678
679             default drivers pool:    adapter 0-15, domain 1
680             alternate drivers pool:  adapter 16-255, domains 0, 2-255
681
682    **Note:**
683    Changing a mask such that one or more APQNs will be taken from a vfio_ap
684    mediated device (see below) will fail with an error (EBUSY). A message
685    is logged to the kernel ring buffer which can be viewed with the 'dmesg'
686    command. The output identifies each APQN flagged as 'in use' and identifies
687    the vfio_ap mediated device to which it is assigned; for example:
688
689    Userspace may not re-assign queue 05.0054 already assigned to 62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804
690    Userspace may not re-assign queue 04.0054 already assigned to cef03c3c-903d-4ecc-9a83-40694cb8aee4
691
692 Securing the APQNs for our example
693 ----------------------------------
694    To secure the AP queues 05.0004, 05.0047, 05.00ab, 05.00ff, 06.0004, 06.0047,
695    06.00ab, and 06.00ff for use by the vfio_ap device driver, the corresponding
696    APQNs can be removed from the default masks using either of the following
697    commands::
698
699       echo -5,-6 > /sys/bus/ap/apmask
700
701       echo -4,-0x47,-0xab,-0xff > /sys/bus/ap/aqmask
702
703    Or the masks can be set as follows::
704
705       echo 0xf9ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff \
706       > apmask
707
708       echo 0xf7fffffffffffffffeffffffffffffffffffffffffeffffffffffffffffffffe \
709       > aqmask
710
711    This will result in AP queues 05.0004, 05.0047, 05.00ab, 05.00ff, 06.0004,
712    06.0047, 06.00ab, and 06.00ff getting bound to the vfio_ap device driver. The
713    sysfs directory for the vfio_ap device driver will now contain symbolic links
714    to the AP queue devices bound to it::
715
716      /sys/bus/ap
717      ... [drivers]
718      ...... [vfio_ap]
719      ......... [05.0004]
720      ......... [05.0047]
721      ......... [05.00ab]
722      ......... [05.00ff]
723      ......... [06.0004]
724      ......... [06.0047]
725      ......... [06.00ab]
726      ......... [06.00ff]
727
728    Keep in mind that only type 10 and newer adapters (i.e., CEX4 and later)
729    can be bound to the vfio_ap device driver. The reason for this is to
730    simplify the implementation by not needlessly complicating the design by
731    supporting older devices that will go out of service in the relatively near
732    future and for which there are few older systems on which to test.
733
734    The administrator, therefore, must take care to secure only AP queues that
735    can be bound to the vfio_ap device driver. The device type for a given AP
736    queue device can be read from the parent card's sysfs directory. For example,
737    to see the hardware type of the queue 05.0004:
738
739      cat /sys/bus/ap/devices/card05/hwtype
740
741    The hwtype must be 10 or higher (CEX4 or newer) in order to be bound to the
742    vfio_ap device driver.
743
744 3. Create the mediated devices needed to configure the AP matrixes for the
745    three guests and to provide an interface to the vfio_ap driver for
746    use by the guests::
747
748      /sys/devices/vfio_ap/matrix/
749      --- [mdev_supported_types]
750      ------ [vfio_ap-passthrough] (passthrough vfio_ap mediated device type)
751      --------- create
752      --------- [devices]
753
754    To create the mediated devices for the three guests::
755
756         uuidgen > create
757         uuidgen > create
758         uuidgen > create
759
760         or
761
762         echo $uuid1 > create
763         echo $uuid2 > create
764         echo $uuid3 > create
765
766    This will create three mediated devices in the [devices] subdirectory named
767    after the UUID written to the create attribute file. We call them $uuid1,
768    $uuid2 and $uuid3 and this is the sysfs directory structure after creation::
769
770      /sys/devices/vfio_ap/matrix/
771      --- [mdev_supported_types]
772      ------ [vfio_ap-passthrough]
773      --------- [devices]
774      ------------ [$uuid1]
775      --------------- assign_adapter
776      --------------- assign_control_domain
777      --------------- assign_domain
778      --------------- matrix
779      --------------- unassign_adapter
780      --------------- unassign_control_domain
781      --------------- unassign_domain
782
783      ------------ [$uuid2]
784      --------------- assign_adapter
785      --------------- assign_control_domain
786      --------------- assign_domain
787      --------------- matrix
788      --------------- unassign_adapter
789      ----------------unassign_control_domain
790      ----------------unassign_domain
791
792      ------------ [$uuid3]
793      --------------- assign_adapter
794      --------------- assign_control_domain
795      --------------- assign_domain
796      --------------- matrix
797      --------------- unassign_adapter
798      ----------------unassign_control_domain
799      ----------------unassign_domain
800
801    Note *****: The vfio_ap mdevs do not persist across reboots unless the
802                mdevctl tool is used to create and persist them.
803
804 4. The administrator now needs to configure the matrixes for the mediated
805    devices $uuid1 (for Guest1), $uuid2 (for Guest2) and $uuid3 (for Guest3).
806
807    This is how the matrix is configured for Guest1::
808
809       echo 5 > assign_adapter
810       echo 6 > assign_adapter
811       echo 4 > assign_domain
812       echo 0xab > assign_domain
813
814    Control domains can similarly be assigned using the assign_control_domain
815    sysfs file.
816
817    If a mistake is made configuring an adapter, domain or control domain,
818    you can use the unassign_xxx files to unassign the adapter, domain or
819    control domain.
820
821    To display the matrix configuration for Guest1::
822
823          cat matrix
824
825    To display the matrix that is or will be assigned to Guest1::
826
827          cat guest_matrix
828
829    This is how the matrix is configured for Guest2::
830
831       echo 5 > assign_adapter
832       echo 0x47 > assign_domain
833       echo 0xff > assign_domain
834
835    This is how the matrix is configured for Guest3::
836
837       echo 6 > assign_adapter
838       echo 0x47 > assign_domain
839       echo 0xff > assign_domain
840
841    In order to successfully assign an adapter:
842
843    * The adapter number specified must represent a value from 0 up to the
844      maximum adapter number configured for the system. If an adapter number
845      higher than the maximum is specified, the operation will terminate with
846      an error (ENODEV).
847
848      Note: The maximum adapter number can be obtained via the sysfs
849            /sys/bus/ap/ap_max_adapter_id attribute file.
850
851    * Each APQN derived from the Cartesian product of the APID of the adapter
852      being assigned and the APQIs of the domains previously assigned:
853
854      - Must only be available to the vfio_ap device driver as specified in the
855        sysfs /sys/bus/ap/apmask and /sys/bus/ap/aqmask attribute files. If even
856        one APQN is reserved for use by the host device driver, the operation
857        will terminate with an error (EADDRNOTAVAIL).
858
859      - Must NOT be assigned to another vfio_ap mediated device. If even one APQN
860        is assigned to another vfio_ap mediated device, the operation will
861        terminate with an error (EBUSY).
862
863      - Must NOT be assigned while the sysfs /sys/bus/ap/apmask and
864        sys/bus/ap/aqmask attribute files are being edited or the operation may
865        terminate with an error (EBUSY).
866
867    In order to successfully assign a domain:
868
869    * The domain number specified must represent a value from 0 up to the
870      maximum domain number configured for the system. If a domain number
871      higher than the maximum is specified, the operation will terminate with
872      an error (ENODEV).
873
874      Note: The maximum domain number can be obtained via the sysfs
875            /sys/bus/ap/ap_max_domain_id attribute file.
876
877     * Each APQN derived from the Cartesian product of the APQI of the domain
878       being assigned and the APIDs of the adapters previously assigned:
879
880      - Must only be available to the vfio_ap device driver as specified in the
881        sysfs /sys/bus/ap/apmask and /sys/bus/ap/aqmask attribute files. If even
882        one APQN is reserved for use by the host device driver, the operation
883        will terminate with an error (EADDRNOTAVAIL).
884
885      - Must NOT be assigned to another vfio_ap mediated device. If even one APQN
886        is assigned to another vfio_ap mediated device, the operation will
887        terminate with an error (EBUSY).
888
889      - Must NOT be assigned while the sysfs /sys/bus/ap/apmask and
890        sys/bus/ap/aqmask attribute files are being edited or the operation may
891        terminate with an error (EBUSY).
892
893    In order to successfully assign a control domain:
894
895    * The domain number specified must represent a value from 0 up to the maximum
896      domain number configured for the system. If a control domain number higher
897      than the maximum is specified, the operation will terminate with an
898      error (ENODEV).
899
900 5. Start Guest1::
901
902      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=on,apqci=on,apft=on,apqi=on \
903         -device vfio-ap,sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/$uuid1 ...
904
905 7. Start Guest2::
906
907      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=on,apqci=on,apft=on,apqi=on \
908         -device vfio-ap,sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/$uuid2 ...
909
910 7. Start Guest3::
911
912      /usr/bin/qemu-system-s390x ... -cpu host,ap=on,apqci=on,apft=on,apqi=on \
913         -device vfio-ap,sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/$uuid3 ...
914
915 When the guest is shut down, the vfio_ap mediated devices may be removed.
916
917 Using our example again, to remove the vfio_ap mediated device $uuid1::
918
919    /sys/devices/vfio_ap/matrix/
920       --- [mdev_supported_types]
921       ------ [vfio_ap-passthrough]
922       --------- [devices]
923       ------------ [$uuid1]
924       --------------- remove
925
926 ::
927
928    echo 1 > remove
929
930 This will remove all of the matrix mdev device's sysfs structures including
931 the mdev device itself. To recreate and reconfigure the matrix mdev device,
932 all of the steps starting with step 3 will have to be performed again. Note
933 that the remove will fail if a guest using the vfio_ap mdev is still running.
934
935 It is not necessary to remove a vfio_ap mdev, but one may want to
936 remove it if no guest will use it during the remaining lifetime of the linux
937 host. If the vfio_ap mdev is removed, one may want to also reconfigure
938 the pool of adapters and queues reserved for use by the default drivers.
939
940 Hot plug/unplug support:
941 ========================
942 An adapter, domain or control domain may be hot plugged into a running KVM
943 guest by assigning it to the vfio_ap mediated device being used by the guest if
944 the following conditions are met:
945
946 * The adapter, domain or control domain must also be assigned to the host's
947   AP configuration.
948
949 * Each APQN derived from the Cartesian product comprised of the APID of the
950   adapter being assigned and the APQIs of the domains assigned must reference a
951   queue device bound to the vfio_ap device driver.
952
953 * To hot plug a domain, each APQN derived from the Cartesian product
954   comprised of the APQI of the domain being assigned and the APIDs of the
955   adapters assigned must reference a queue device bound to the vfio_ap device
956   driver.
957
958 An adapter, domain or control domain may be hot unplugged from a running KVM
959 guest by unassigning it from the vfio_ap mediated device being used by the
960 guest.
961
962 Over-provisioning of AP queues for a KVM guest:
963 ===============================================
964 Over-provisioning is defined herein as the assignment of adapters or domains to
965 a vfio_ap mediated device that do not reference AP devices in the host's AP
966 configuration. The idea here is that when the adapter or domain becomes
967 available, it will be automatically hot-plugged into the KVM guest using
968 the vfio_ap mediated device to which it is assigned as long as each new APQN
969 resulting from plugging it in references a queue device bound to the vfio_ap
970 device driver.
971
972 Limitations
973 ===========
974 Live guest migration is not supported for guests using AP devices without
975 intervention by a system administrator. Before a KVM guest can be migrated,
976 the vfio_ap mediated device must be removed. Unfortunately, it can not be
977 removed manually (i.e., echo 1 > /sys/devices/vfio_ap/matrix/$UUID/remove) while
978 the mdev is in use by a KVM guest. If the guest is being emulated by QEMU,
979 its mdev can be hot unplugged from the guest in one of two ways:
980
981 1. If the KVM guest was started with libvirt, you can hot unplug the mdev via
982    the following commands:
983
984       virsh detach-device <guestname> <path-to-device-xml>
985
986       For example, to hot unplug mdev 62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804 from
987       the guest named 'my-guest':
988
989          virsh detach-device my-guest ~/config/my-guest-hostdev.xml
990
991             The contents of my-guest-hostdev.xml:
992
993 .. code-block:: xml
994
995             <hostdev mode='subsystem' type='mdev' managed='no' model='vfio-ap'>
996               <source>
997                 <address uuid='62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804'/>
998               </source>
999             </hostdev>
1000
1001
1002       virsh qemu-monitor-command <guest-name> --hmp "device-del <device-id>"
1003
1004       For example, to hot unplug the vfio_ap mediated device identified on the
1005       qemu command line with 'id=hostdev0' from the guest named 'my-guest':
1006
1007 .. code-block:: sh
1008
1009          virsh qemu-monitor-command my-guest --hmp "device_del hostdev0"
1010
1011 2. A vfio_ap mediated device can be hot unplugged by attaching the qemu monitor
1012    to the guest and using the following qemu monitor command:
1013
1014       (QEMU) device-del id=<device-id>
1015
1016       For example, to hot unplug the vfio_ap mediated device that was specified
1017       on the qemu command line with 'id=hostdev0' when the guest was started:
1018
1019          (QEMU) device-del id=hostdev0
1020
1021 After live migration of the KVM guest completes, an AP configuration can be
1022 restored to the KVM guest by hot plugging a vfio_ap mediated device on the target
1023 system into the guest in one of two ways:
1024
1025 1. If the KVM guest was started with libvirt, you can hot plug a matrix mediated
1026    device into the guest via the following virsh commands:
1027
1028    virsh attach-device <guestname> <path-to-device-xml>
1029
1030       For example, to hot plug mdev 62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804 into
1031       the guest named 'my-guest':
1032
1033          virsh attach-device my-guest ~/config/my-guest-hostdev.xml
1034
1035             The contents of my-guest-hostdev.xml:
1036
1037 .. code-block:: xml
1038
1039             <hostdev mode='subsystem' type='mdev' managed='no' model='vfio-ap'>
1040               <source>
1041                 <address uuid='62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804'/>
1042               </source>
1043             </hostdev>
1044
1045
1046    virsh qemu-monitor-command <guest-name> --hmp \
1047    "device_add vfio-ap,sysfsdev=<path-to-mdev>,id=<device-id>"
1048
1049       For example, to hot plug the vfio_ap mediated device
1050       62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804 into the guest named 'my-guest' with
1051       device-id hostdev0:
1052
1053       virsh qemu-monitor-command my-guest --hmp \
1054       "device_add vfio-ap,\
1055       sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804,\
1056       id=hostdev0"
1057
1058 2. A vfio_ap mediated device can be hot plugged by attaching the qemu monitor
1059    to the guest and using the following qemu monitor command:
1060
1061       (qemu) device_add "vfio-ap,sysfsdev=<path-to-mdev>,id=<device-id>"
1062
1063       For example, to plug the vfio_ap mediated device
1064       62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804 into the guest with the device-id
1065       hostdev0:
1066
1067          (QEMU) device-add "vfio-ap,\
1068          sysfsdev=/sys/devices/vfio_ap/matrix/62177883-f1bb-47f0-914d-32a22e3a8804,\
1069          id=hostdev0"