]> rtime.felk.cvut.cz Git - jailhouse.git/blob - README.md
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[jailhouse.git] / README.md
1 JAILHOUSE
2 =========
3
4 Jailhouse is a partitioning Hypervisor based on Linux. It is able to run
5 bare-metal applications or (adapted) operating systems besides Linux. For this
6 purpose it configures CPU and device virtualization features of the hardware
7 platform in a way that none of these domains, called "cells" here, can
8 interfere with each other in an unacceptable way.
9
10 Jailhouse is optimized for simplicity rather than feature richness. Unlike
11 full-featured Linux-based hypervisors like KVM or Xen, Jailhouse does not
12 support overcommitment of resources like CPUs, RAM or devices. It performs no
13 scheduling and only virtualizes those resources in software, that are essential
14 for a platform and cannot be partitioned in hardware.
15
16 Once Jailhouse is activated, it runs bare-metal, i.e. it takes full control
17 over the hardware and needs no external support. However, in contrast to other
18 bare-metal hypervisors, it is loaded and configured by a normal Linux system.
19 Its management interface is based on Linux infrastructure. So you boot Linux
20 first, then you enable Jailhouse and finally you split off parts of the
21 system's resources and assign them to additional cells.
22
23
24 WARNING: This is work in progress! Don't expect things to be complete in any
25 dimension. Use at your own risk. And keep the reset button in reach.
26
27
28 Community Resources
29 -------------------
30
31 Project home:
32
33  - https://github.com/siemens/jailhouse
34
35 Source code:
36
37  - https://github.com/siemens/jailhouse.git
38  - git@github.com:siemens/jailhouse.git
39
40 Frequently Asked Questions (FAQ):
41
42  - See [FAQ file](FAQ.md)
43
44 Mailing list:
45
46   - jailhouse-dev@googlegroups.com
47
48   - Subscription:
49     - jailhouse-dev+subscribe@googlegroups.com
50     - https://groups.google.com/forum/#!forum/jailhouse-dev/join
51
52   - Archives
53     - http://news.gmane.org/gmane.linux.jailhouse
54
55 Continuous integration:
56
57   - https://travis-ci.org/siemens/jailhouse
58
59   - Status:
60     - ![](https://travis-ci.org/siemens/jailhouse.svg?branch=master) on master
61     - ![](https://travis-ci.org/siemens/jailhouse.svg?branch=next) on next
62
63 Static code analysis:
64
65   - https://scan.coverity.com/projects/4114
66
67   - Status:
68     - ![](https://scan.coverity.com/projects/4114/badge.svg) on coverity_scan
69
70 See the [contribution documentation](CONTRIBUTING.md) for details
71 on how to write Jailhouse patches and propose them for upstream integration.
72
73
74 Requirements (preliminary)
75 --------------------------
76
77 x86 architecture:
78
79   - Intel system:
80
81     - support for 64-bit and VMX, more precisely
82       - EPT (extended page tables)
83       - unrestricted guest mode
84       - preemption timer
85
86     - Intel IOMMU (VT-d) with interrupt remapping support
87       (except when running inside QEMU)
88
89   - or AMD system:
90
91     - support for 64-bit and SVM (AMD-V), and also
92       - NPT (nested page tables); required
93       - Decode Assists; recommended
94
95     - AMD IOMMU (AMD-Vi) is unsupported now but will be required in future
96
97   - at least 2 logical CPUs
98
99   - x86-64 Linux kernel (tested against >= 3.14)
100
101     - VT-d IOMMU usage (DMAR) has to be disabled in the Linux kernel, e.g. via
102       the command line parameter:
103
104           intel_iommu=off
105
106     - To exploit the faster x2APIC, interrupt remapping needs to be on in the
107       kernel (check for CONFIG_IRQ_REMAP)
108
109 ARM architecture:
110
111   - Abstract:
112
113     - ARMv7 with virtualization extensions
114
115     - Appropriate boot loader support (typically U-Boot)
116       - Linux is started in HYP mode
117       - PSCI support for CPU offlining
118
119     - at least 2 logical CPUs
120
121   - Board support:
122
123     - Banana Pi (see also [below](#setup-on-banana-pi-arm-board))
124
125     - NVIDIA Jetson TK1
126
127     - ARM Versatile Express with Cortex-A15 or A7 cores
128       (includes ARM Fast Model)
129
130
131 Build & Installation
132 --------------------
133
134 Simply run make, optionally specifying the target kernel directory:
135
136     make [KDIR=/path/to/kernel/objects]
137
138 Except for the hypervisor image `jailhouse*.bin` that has to be available in the
139 firmware search path (invoke `make firmware_install` for this), you can run
140 Jailhouse from the build directory. Alternatively, install everything on the
141 target machine by calling `make install` from the top-level directory.
142
143
144 Configuration
145 -------------
146
147 Jailhouse requires one configuration file for the complete system and one for
148 each additional cell beside Linux. The configuration is currently being
149 defined manually by filling C structures. To study the structure, use
150 configs/qemu-vm.c for a system configuration and configs/apic-demo.c for a cell
151 configuration as reference. The build system will pick up every .c file from
152 the configs/ directory and generate a corresponding .cell file. .cell files can
153 then be passed to the jailhouse command line tool for enabling the hypervisor
154 and creating new cells.
155
156
157 Demonstration in QEMU/KVM
158 -------------------------
159
160 The included system configuration qemu-vm.c can be used to run Jailhouse in
161 QEMU/KVM virtual machine on x86 hosts (Intel and AMD are supported). Currently
162 it requires Linux 3.18 or newer on the host side (Intel is fine with 3.17).
163 QEMU is required in a recent version (2.1) as well if you want to use the
164 configuration file included in the source tree.
165
166 You also need a Linux guest image with a recent kernel (tested with >= 3.9) and
167 the ability to build a module for this kernel. Further steps depend on the type
168 of CPU you have on your system.
169
170 For Intel CPUs: Make sure the kvm-intel module was loaded with nested=1 to
171 enable nested VMX support. Start the virtual machine as follows:
172
173     qemu-system-x86_64 -machine q35 -m 1G -enable-kvm -smp 4 \
174         -cpu kvm64,-kvm_pv_eoi,-kvm_steal_time,-kvm_asyncpf,-kvmclock,+vmx,+x2apic \
175         -drive file=LinuxInstallation.img,id=disk,if=none \
176         -device ide-hd,drive=disk -serial stdio -serial vc \
177         -device intel-hda,addr=1b.0 -device hda-duplex
178
179 For AMD CPUs: Make sure the kvm-amd module was loaded with nested=1 to enable
180 nested SVM support. Start the virtual machine as follows:
181
182     qemu-system-x86_64 -machine q35 -m 1G -enable-kvm -smp 4 \
183         -cpu host,-kvm_pv_eoi,-kvm_steal_time,-kvm_asyncpf,-kvmclock,+svm,+x2apic \
184         -drive file=LinuxInstallation.img,id=disk,if=none \
185         -device ide-hd,drive=disk -serial stdio -serial vc \
186         -device intel-hda,addr=1b.0 -device hda-duplex
187
188 Inside the VM, make sure that `jailhouse-*.bin`, generated by the build process,
189 are available for firmware loading (typically /lib/firmware), see above for
190 installation steps.
191
192 The hypervisor requires a contiguous piece of RAM for itself and each
193 additional cell. This currently has to be pre-allocated during boot-up. So you
194 need to add
195
196     memmap=66M$0x3b000000
197
198 as parameter to the command line of the virtual machine's kernel. The Jailhouse
199 QEMU cell config will block use of the serial port by the guest OS, so make
200 sure that the guest kernel command line does NOT have its console set to log
201 to the serial port (ie remove any 'console=ttyS0' arguments from the grub
202 config). Reboot the guest and load jailhouse.ko. Then enable Jailhouse like
203 this:
204
205     jailhouse enable /path/to/qemu-vm.cell
206
207 Next you can create a cell with a demonstration application as follows:
208
209     jailhouse cell create /path/to/apic-demo.cell
210     jailhouse cell load apic-demo /path/to/apic-demo.bin -a 0xf0000
211     jailhouse cell start apic-demo
212
213 apic-demo.bin is left by the built process in the inmates/demos/x86 directory.
214 This application will program the APIC timer interrupt to fire at 10 Hz,
215 measuring the jitter against the PM timer and displaying the result on the
216 console. Given that this demonstration runs in a virtual machine, obviously
217 no decent latencies should be expected.
218
219 After creation, cells are addressed via the command line tool by providing
220 their names or their runtime-assigned IDs. You can obtain information about
221 active cells this way:
222
223     jailhouse cell list
224
225 Cell destruction is performed by specifying the configuration file of the
226 desired cell. This command will destroy the apic-demo:
227
228     jailhouse cell destroy apic-demo
229
230 Note that the first destruction or shutdown request on the apic-demo cell will
231 fail. The reason is that this cell contains logic to demonstrate an ordered
232 shutdown as well as the ability of a cell to reject shutdown requests.
233
234 The apic-demo cell has another special property for demonstration purposes: As
235 long as it is running, no cell reconfigurations can be performed - the
236 apic-demo locks the hypervisor in this regard. In order to destroy another cell
237 or create an additional one, shut down the apic-demo first.
238
239     jailhouse cell shutdown apic-demo  # call again if error is returned
240
241 To demonstrate the execution of a second, non-Linux cell, issue the following
242 commands:
243
244     jailhouse cell create /path/to/pci-demo.cell
245     jailhouse cell load pci-demo /path/to/pci-demo.bin -a 0xf0000
246     jailhouse cell start pci-demo
247
248 The pci-demo will use the second serial port provided by QEMU. You will find
249 its output in a virtual console of the QEMU window. The purpose of this demo is
250 to show basic PCI device configuration and MSI handling.
251
252 While cell configurations are locked, it is still possible, though, to reload
253 the content of existing cell (provided they accept their shutdown first). To
254 reload and restart the tiny-demo, issue the following commands:
255
256     jailhouse cell start apic-demo
257     jailhouse cell load pci-demo /path/to/pci-demo.bin -a 0xf0000
258     jailhouse cell start pci-demo
259
260 Finally, Jailhouse is can be stopped completely again:
261
262     jailhouse disable  # call again on error due to running apic-demo
263
264 All non-Linux cells running at that point will be destroyed, and resources
265 will be returned to Linux.
266
267
268 Setup on Banana Pi ARM board
269 ----------------------------
270
271 The Banana Pi is a cheap Raspberry-Pi-like ARM board with an Allwinner A20 SoC
272 (dual-core Cortex-A7). It runs mainline Linux kernels and U-Boot and is
273 comparably well hackable. Further information can be found on
274 http://linux-sunxi.org.
275
276 For Jailhouse, a U-Boot (pre-)release more recent than v2015.04-rc1 is
277 required. Tested and know to work is git revision bd2a4888b1.
278
279 The Linux kernel version should be at least 3.19-rcX. The configuration used
280 for continuous integration builds can serve as reference, see
281 `ci/kernel-config-banana-pi`. The kernel has to be booted with the following
282 additional parameters, e.g. by adjusting the U-Boot environment accordingly:
283
284     mem=958M vmalloc=512M
285
286 The recommended cross-toolchain is available from Linaro, see
287 http://www.linaro.org/downloads.
288
289 Before building Jailhouse, copy the configuration header file
290 `ci/jailhouse-config-banana-pi.h` to `hypervisor/include/jailhouse/config.h`.
291 Then run make:
292
293     make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- \
294          KDIR=/path/to/arm-kernel/objects
295
296 Binaries can be installed directly to the target root file system if it is
297 mounted on the host:
298
299     make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- \
300          KDIR=/path/to/arm-kernel/objects DESTDIR=/mount-point install
301
302 Cell configurations and demo inmates will not be installed this way and have to
303 be transferred manually as needed. Make sure you have `configs/bananapi.cell`
304 and, as desired, the inmates configs (`configs/bananapi-*.cell`) and binaries
305 (`inmates/demos/arm/*.bin`) available on the target.
306
307 Jailhouse and inmates are started on ARM just like on x86. The only difference
308 is that inmates have to be loaded at offset 0. Just leave out the `-a`
309 parameter when invoking `jailhouse cell load`.