minsk.c

   1 /*
   2  *      Minsk-2 Emulator
   3  *
   4  *      (c) 2010 Martin Mares <mj@ucw.cz>
   5  */
   6
   7 /*
   8  * TODO:
   9  *      - we probably have to disable NOP
  10  */
  11
  12 /*
  13  * Things that are not implemented:
  14  *
  15  *      - rounding modes
  16  *      - exact behavior of accumulator/R1/R2 (the manual lacks details)
  17  *      - exact behavior of negative zero
  18  *      - I/O instructions for devices that are not emulated (paper tape
  19  *        reader and puncher, card reader and puncher, magnetic tape unit)
  20  */
  21
  22 #define _GNU_SOURCE
  23
  24 #include <stdio.h>
  25 #include <string.h>
  26 #include <stdlib.h>
  27 #include <stdarg.h>
  28 #include <inttypes.h>
  29 #include <assert.h>
  30 #include <math.h>
  31
  32 static int trace;
  33 static int cpu_quota = -1;
  34 static int print_quota = -1;
  35 static void (*error_hook)(char *msg);
  36
  37 // Minsk-2 has 37-bit words in sign-magnitude representation (bit 36 = sign)
  38 typedef unsigned long long int word;
  39
  40 #define WORD_MASK 01777777777777ULL
  41 #define SIGN_MASK 01000000000000ULL
  42 #define  VAL_MASK 00777777777777ULL
  43
  44 static int wsign(word w)
  45 {
  46   return (w & SIGN_MASK) ? -1 : 1;
  47 }
  48
  49 static word wabs(word w)
  50 {
  51   return w & VAL_MASK;
  52 }
  53
  54 #define WF(w) (wsign(w) < 0 ? '-' : '+'), wabs(w)
  55
  56 static long long wtoll(word w)
  57 {
  58   if (wsign(w) < 0)
  59     return -wabs(w);
  60   else
  61     return wabs(w);
  62 }
  63
  64 static word wfromll(long long x)
  65 {
  66   word w = ((x < 0) ? -x : x) & VAL_MASK;
  67   if (x < 0)
  68     w |= SIGN_MASK;
  69   return w;
  70 }
  71
  72 static double wtofrac(word w)
  73 {
  74   return (double)wtoll(w) / (double)(1ULL << 36);
  75 }
  76
  77 static word wfromfrac(double d)
  78 {
  79   return wfromll((long long)(d * (double)(1ULL << 36)));
  80 }
  81
  82 static int int_in_range(long long x)
  83 {
  84   return (x >= -(long long)VAL_MASK && x <= (long long)VAL_MASK);
  85 }
  86
  87 static int frac_in_range(double d)
  88 {
  89   return (d > -1. && d < 1.);
  90 }
  91
  92 static int wexp(word w)
  93 {
  94   int exp = w & 077;
  95   return (w & 0100 ? -exp : exp);
  96 }
  97
  98 static word wputexp(word w, int exp)
  99 {
 100   return ((w & ~(word)0177) | ((exp < 0) ? 0100 | (-exp) : exp));
 101 }
 102
 103 static int wmanti(word w)
 104 {
 105   return ((w >> 8) & ((1 << 28) - 1));
 106 }
 107
 108 static double wtofloat(word w)
 109 {
 110   double x = wmanti(w);
 111   return ldexp(x, wexp(w) - 28);
 112 }
 113
 114 static int float_in_range(double x)
 115 {
 116   x = fabs(x);
 117   return (x <= ldexp((1 << 28) - 1, 63 - 28));
 118 }
 119
 120 static word wfromfloat(double x, int normalized)
 121 {
 122   word w = 0;
 123   if (x < 0)
 124     {
 125       w |= SIGN_MASK;
 126       x = -x;
 127     }
 128   int exp;
 129   double m = frexp(x, &exp);
 130   word mm = (word) ldexp(m, 28);
 131   if (exp > 63)
 132     assert(0);
 133   else if (exp < -63)
 134     {
 135       if (normalized || exp < -91)
 136         mm=0, exp=0;
 137       else
 138         {
 139           mm >>= -exp - 63;
 140           exp = -63;
 141         }
 142     }
 143   w |= mm << 8;
 144   if (exp < 0)
 145     {
 146       w |= 0100;
 147       exp = -exp;
 148     }
 149   w |= exp;
 150   return w;
 151 }
 152
 153 static word mem[4096];
 154
 155 static word rd(int addr)
 156 {
 157   word val = addr ? mem[addr] : 0;
 158   if (trace > 2)
 159     printf("\tRD %04o = %c%012llo\n", addr, WF(val));
 160   return val;
 161 }
 162
 163 static void wr(int addr, word val)
 164 {
 165   assert(!(val & ~(WORD_MASK)));
 166   if (trace > 2)
 167     printf("\tWR %04o = %c%012llo\n", addr, WF(val));
 168   mem[addr] = val;
 169 }
 170
 171 static int lino;
 172
 173 static void parse_error(char *msg)
 174 {
 175   if (error_hook)
 176     error_hook("Parse error");
 177   printf("Ошибка входа (стр. %d): %s\n", lino, msg);
 178   exit(0);
 179 }
 180
 181 static void parse_in(void)
 182 {
 183   char line[80];
 184   int addr = 0;
 185
 186   while (fgets(line, sizeof(line), stdin))
 187     {
 188       lino++;
 189       char *eol = strchr(line, '\n');
 190       if (!eol)
 191         parse_error("Строка слишком долгая");
 192       *eol = 0;
 193
 194       char *c = line;
 195       if (!c[0] || c[0] == ';')
 196         {
 197           if (!strncmp(c, ";daji_zor_i_litva=", 18))
 198             {
 199               trace = atoi(c+18);
 200               if (error_hook)
 201                 error_hook("Secret tracing switch flipped");
 202             }
 203           continue;
 204         }
 205
 206       if (c[0] == '@')
 207         {
 208           c++;
 209           addr = 0;
 210           for (int i=0; i<4; i++)
 211             {
 212               while (*c == ' ')
 213                 c++;
 214               if (*c >= '0' && *c <= '7')
 215                 addr = 8*addr + *c++ - '0';
 216               else
 217                 parse_error("Плохая цифра");
 218             }
 219           while (*c == ' ')
 220             c++;
 221           if (*c)
 222             parse_error("Адрес слишком долгий");
 223           continue;
 224         }
 225
 226       word w = 0;
 227       if (*c == '-')
 228         w = 1;
 229       else if (*c != '+')
 230         parse_error("Плохой знак");
 231       c++;
 232       for (int i=0; i<12; i++)
 233         {
 234           while (*c == ' ')
 235             c++;
 236           if (*c >= '0' && *c <= '7')
 237             w = 8*w + *c++ - '0';
 238           else
 239             parse_error("Плохая цифра");
 240         }
 241       while (*c == ' ')
 242         c++;
 243       if (*c)
 244         parse_error("Номер слишком долгий");
 245       wr(addr++, w);
 246       addr &= 07777;
 247     }
 248 }
 249
 250 static word acc;
 251 static word r1, r2, current_ins;
 252 static int ip = 00050;                  // Standard program start location
 253 static int prev_ip;
 254
 255 static void stop(char *reason, char *notice)
 256 {
 257   if (error_hook)
 258     error_hook(notice);
 259   printf("Машина остановлена -- %s\n", reason);
 260   printf("СчАК:%04o См:%c%012llo Р1:%c%012llo Р2:%c%012llo\n", prev_ip, WF(acc), WF(r1), WF(r2));
 261   exit(0);
 262 }
 263
 264 static void over(void)
 265 {
 266   stop("Аварийный останов", "Overflow");
 267 }
 268
 269 static void notimp(void)
 270 {
 271   acc = current_ins;
 272   stop("Устройство разбитое", "Not implemented");
 273 }
 274
 275 static void noins(void)
 276 {
 277   acc = current_ins;
 278   stop("Эту команду не знаю", "Illegal instruction");
 279 }
 280
 281 static uint16_t linebuf[128];
 282
 283 static uint16_t russian_chars[64] = {
 284         '0',    '1',    '2',    '3',    '4',    '5',    '6',    '7',    // 0x
 285         '8',    '9',    '+',    '-',    '/',    ',',    '.',    ' ',    // 1x
 286         0x2169, '^',    '(',    ')',    0x00d7, '=',    ';',    '[',    // 2x
 287         ']',    '*',    '`',    '\'',   0x2260, '<',    '>',    ':',    // 3x
 288         0x410,  0x411,  0x412,  0x413,  0x414,  0x415,  0x416,  0x417,  // 4x
 289         0x418,  0x419,  0x41a,  0x41b,  0x41c,  0x41d,  0x41e,  0x41f,  // 5x
 290         0x420,  0x421,  0x422,  0x423,  0x424,  0x425,  0x426,  0x427,  // 6x
 291         0x428,  0x429,  0x42b,  0x42c,  0x42d,  0x42e,  0x42f,  0x2013  // 7x
 292 };
 293
 294 static uint16_t latin_chars[64] = {
 295         '0',    '1',    '2',    '3',    '4',    '5',    '6',    '7',    // 0x
 296         '8',    '9',    '+',    '-',    '/',    ',',    '.',    ' ',    // 1x
 297         0x2169, '^',    '(',    ')',    0x00d7, '=',    ';',    '[',    // 2x
 298         ']',    '*',    '`',    '\'',   0x2260, '<',    '>',    ':',    // 3x
 299         'A',    'B',    'W',    'G',    'D',    'E',    'V',    'Z',    // 4x
 300         'I',    'J',    'K',    'L',    'M',    'N',    'O',    'P',    // 5x
 301         'R',    'S',    'T',    'U',    'F',    'H',    'C',    ' ',    // 6x
 302         ' ',    ' ',    'Y',    'X',    ' ',    ' ',    'Q',    0x2013  // 7x
 303 };
 304
 305 static void print_line(int r)
 306 {
 307   /*
 308    *  Meaning of bits of r:
 309    *    0 = perform line feed
 310    *    1 = clear buffer
 311    *    2 = actually print
 312    */
 313   if (r & 4)
 314     {
 315       if (print_quota > 0 && !--print_quota)
 316         stop("Бумага дошла - нужно ехать в Сибирь про новую", "Out of paper");
 317       for (int i=0; i<128; i++)
 318         {
 319           int ch = linebuf[i];
 320           if (!ch)
 321             ch = ' ';
 322           if (ch < 0x80)
 323             putchar(ch);
 324           else if (ch < 0x800)
 325             {
 326               putchar(0xc0 | (ch >> 6));
 327               putchar(0x80 | (ch & 0x3f));
 328             }
 329           else
 330             {
 331               putchar(0xe0 | (ch >> 12));
 332               putchar(0x80 | ((ch >> 6) & 0x3f));
 333               putchar(0x80 | (ch & 0x3f));
 334             }
 335         }
 336     }
 337   if (r & 2)
 338     memset(linebuf, 0, sizeof(linebuf));
 339   if (r & 1)
 340     putchar('\n');
 341   else if (r & 4)
 342     putchar('\r');
 343   fflush(stdout);
 344 }
 345
 346 static void print_ins(int x, int y)
 347 {
 348   word yy = rd(y);
 349   int pos = x & 0177;
 350   int r = (x >> 9) & 7;
 351
 352   if (x & 0400)
 353     {
 354       print_line(r);
 355       return;
 356     }
 357
 358   char *fmt;
 359   int bit = 37;
 360   int eat = 0;
 361   switch (r)
 362     {
 363     case 0:                             // Decimal float
 364       fmt = "+dddddddx+xbd";
 365       break;
 366     case 1:                             // Octal number
 367       fmt = "+oooooooooooo";
 368       break;
 369     case 2:                             // Decimal fixed
 370       fmt = "+ddddddddd";
 371       break;
 372     case 3:                             // Decimal unsigned
 373       fmt = "x ddddddddd";
 374       eat = 1;
 375       break;
 376     case 4:                             // One Russian symbol
 377       bit = 6;
 378       fmt = "r";
 379       break;
 380     case 5:                             // Russian text
 381       fmt = "xrrrrrr";
 382       break;
 383     case 6:                             // One Latin symbol
 384       bit = 6;
 385       fmt = "l";
 386       break;
 387     default:                            // Latin text
 388       fmt = "xllllll";
 389     }
 390
 391   while (*fmt)
 392     {
 393       int ch;
 394       switch (*fmt++)
 395         {
 396         case 'x':
 397           bit--;
 398           continue;
 399         case ' ':
 400           ch = ' ';
 401           break;
 402         case '+':
 403           bit--;
 404           ch = (yy & (1ULL << bit)) ? '-' : '+';
 405           break;
 406         case 'b':
 407           bit--;
 408           ch = '0' + ((yy >> bit) & 1);
 409           break;
 410         case 'o':
 411           bit -= 3;
 412           ch = '0' + ((yy >> bit) & 7);
 413           break;
 414         case 'd':
 415           bit -= 4;
 416           ch = '0' + ((yy >> bit) & 15);
 417           if (ch > '0' + 9)
 418             ch += 7;
 419           break;
 420         case 'r':
 421           bit -= 6;
 422           ch = russian_chars[(yy >> bit) & 077];
 423           break;
 424         case 'l':
 425           bit -= 6;
 426           ch = latin_chars[(yy >> bit) & 077];
 427           break;
 428         default:
 429           assert(0);
 430         }
 431
 432       if (eat && *fmt)
 433         {
 434           if (ch == '0' || ch == ' ')
 435             ch = ' ';
 436           else
 437             eat = 0;
 438         }
 439       linebuf[pos] = ch;
 440       pos = (pos+1) & 0177;
 441     }
 442   assert(!bit);
 443 }
 444
 445 static void run(void)
 446 {
 447   for (;;)
 448     {
 449       r2 = acc;
 450       prev_ip = ip;
 451       word w = mem[ip];
 452       current_ins = w;
 453
 454       int op = (w >> 30) & 0177;        // Operation code
 455       int ax = (w >> 28) & 3;           // Address extensions not supported
 456       int ix = (w >> 24) & 15;          // Indexing
 457       int x = (w >> 12) & 07777;        // Operands (original form)
 458       int y = w & 07777;
 459       int xi=x, yi=y;                   // (indexed form)
 460       if (trace)
 461         printf("@%04o  %c%02o %02o %04o %04o\n",
 462           ip,
 463           (w & SIGN_MASK) ? '-' : '+',
 464           (int)((w >> 30) & 077),
 465           (int)((w >> 24) & 077),
 466           x,
 467           y);
 468       if (ix)
 469         {
 470           if (op != 0120)
 471             {
 472               word i = rd(ix);
 473               xi = (xi + (int)((i >> 12) & 07777)) & 07777;
 474               yi = (yi + (int)(i & 07777)) & 07777;
 475               if (trace > 2)
 476                 printf("\tIndexing -> %04o %04o\n", xi, yi);
 477             }
 478         }
 479       ip = (ip+1) & 07777;
 480
 481       if (cpu_quota > 0 && !--cpu_quota)
 482         stop("Тайм-аут", "CPU quota exceeded");
 483
 484       /* Arithmetic operations */
 485
 486       word a, b, c;
 487       long long aa, bb, cc;
 488       double ad, bd;
 489       int i;
 490
 491       auto void afetch(void);
 492       void afetch(void)
 493         {
 494           if (op & 2)
 495             a = r2;
 496           else
 497             a = rd(yi);
 498           b = r1 = rd(xi);
 499         }
 500
 501       auto void astore(word result);
 502       void astore(word result)
 503         {
 504           acc = result;
 505           if (op & 1)
 506             wr(yi, acc);
 507         }
 508
 509       auto void astore_int(long long x);
 510       void astore_int(long long x)
 511         {
 512           if (!int_in_range(x))
 513             over();
 514           astore(wfromll(x));
 515         }
 516
 517       auto void astore_frac(double f);
 518       void astore_frac(double f)
 519         {
 520           if (!frac_in_range(f))
 521             over();
 522           astore(wfromfrac(f));
 523         }
 524
 525       auto void astore_float(double f);
 526       void astore_float(double f)
 527         {
 528           if (!float_in_range(f))
 529             over();
 530           astore(wfromfloat(f, 0));
 531         }
 532
 533       if (ax)
 534         op = -1;
 535       switch (op)
 536         {
 537         case 000:               // NOP
 538           break;
 539         case 004 ... 007:       // XOR
 540           afetch();
 541           astore(a^b);
 542           break;
 543         case 010 ... 013:       // FIX addition
 544           afetch();
 545           astore_int(wtoll(a) + wtoll(b));
 546           break;
 547         case 014 ... 017:       // FP addition
 548           afetch();
 549           astore_float(wtofloat(a) + wtofloat(b));
 550           break;
 551         case 020 ... 023:       // FIX subtraction
 552           afetch();
 553           astore_int(wtoll(a) - wtoll(b));
 554           break;
 555         case 024 ... 027:       // FP subtraction
 556           afetch();
 557           astore_float(wtofloat(a) - wtofloat(b));
 558           break;
 559         case 030 ... 033:       // FIX multiplication
 560           afetch();
 561           astore_frac(wtofrac(a) * wtofrac(b));
 562           break;
 563         case 034 ... 037:       // FP multiplication
 564           afetch();
 565           astore_float(wtofloat(a) * wtofloat(b));
 566           break;
 567         case 040 ... 043:       // FIX division
 568           afetch();
 569           ad = wtofrac(a);
 570           bd = wtofrac(b);
 571           if (!wabs(b))
 572             over();
 573           astore_frac(ad / bd);
 574           break;
 575         case 044 ... 047:       // FP division
 576           afetch();
 577           ad = wtofloat(a);
 578           bd = wtofloat(b);
 579           if (!bd || wexp(b) < -63)
 580             over();
 581           astore_float(ad / bd);
 582           break;
 583         case 050 ... 053:       // FIX subtraction of abs values
 584           afetch();
 585           astore_int(wabs(a) - wabs(b));
 586           break;
 587         case 054 ... 057:       // FP subtraction of abs values
 588           afetch();
 589           astore_float(fabs(wtofloat(a)) - fabs(wtofloat(b)));
 590           break;
 591         case 060 ... 063:       // Shift logical
 592           afetch();
 593           i = wexp(b);
 594           if (i <= -37 || i >= 37)
 595             astore(0);
 596           else if (i >= 0)
 597             astore((a << i) & WORD_MASK);
 598           else
 599             astore(a >> (-i));
 600           break;
 601         case 064 ... 067:       // Shift arithmetical
 602           afetch();
 603           i = wexp(b);
 604           aa = wabs(a);
 605           if (i <= -36 || i >= 36)
 606             cc = 0;
 607           else if (i >= 0)
 608             cc = (aa << i) & VAL_MASK;
 609           else
 610             cc = aa >> (-i);
 611           astore((a & SIGN_MASK) | wfromll(cc));
 612           break;
 613         case 070 ... 073:       // And
 614           afetch();
 615           astore(a&b);
 616           break;
 617         case 074 ... 077:       // Or
 618           afetch();
 619           astore(a|b);
 620           break;
 621
 622         case 0100:              // Halt
 623           r1 = rd(x);
 624           acc = rd(y);
 625           stop("Останов машины", "Halted");
 626         case 0103:              // I/O magtape
 627           notimp();
 628         case 0104:              // Disable rounding
 629           notimp();
 630         case 0105:              // Enable rounding
 631           notimp();
 632         case 0106:              // Interrupt control
 633           notimp();
 634         case 0107:              // Reverse tape
 635           notimp();
 636         case 0110:              // Move
 637           wr(yi, r1 = acc = rd(xi));
 638           break;
 639         case 0111:              // Move negative
 640           wr(yi, acc = (r1 = rd(xi)) ^ SIGN_MASK);
 641           break;
 642         case 0112:              // Move absolute value
 643           wr(yi, acc = (r1 = rd(xi)) & VAL_MASK);
 644           break;
 645         case 0113:              // Read from keyboard
 646           notimp();
 647         case 0114:              // Copy sign
 648           wr(yi, acc = rd(yi) ^ ((r1 = rd(xi)) & SIGN_MASK));
 649           break;
 650         case 0115:              // Read code from R1 (obscure)
 651           notimp();
 652         case 0116:              // Copy exponent
 653           wr(yi, acc = wputexp(rd(yi), wexp(r1 = rd(xi))));
 654           break;
 655         case 0117:              // I/O teletype
 656           notimp();
 657         case 0120:              // Loop
 658           if (!ix)
 659             noins();
 660           a = r1 = rd(ix);
 661           aa = (a >> 24) & 017777;
 662           if (!aa)
 663             break;
 664           b = rd(y);            // (a mountain range near Prague)
 665           acc = ((aa-1) << 24) |
 666                 (((((a >> 12) & 07777) + (b >> 12) & 07777) & 07777) << 12) |
 667                 (((a & 07777) + (b & 07777)) & 07777);
 668           wr(ix, acc);
 669           ip = x;
 670           break;
 671         case 0130:              // Jump
 672           wr(y, r2);
 673           ip = x;
 674           break;
 675         case 0131:              // Jump to subroutine
 676           wr(y, acc = ((030ULL << 30) | ((ip & 07777ULL) << 12)));
 677           ip = x;
 678           break;
 679         case 0132:              // Jump if positive
 680           if (wsign(r2) >= 0)
 681             ip = x;
 682           else
 683             ip = y;
 684           break;
 685         case 0133:              // Jump if overflow
 686           // Since we always trap on overflow, this instruction always jumps to the 1st address
 687           ip = x;
 688           break;
 689         case 0134:              // Jump if zero
 690           if (!wabs(r2))
 691             ip = y;
 692           else
 693             ip = x;
 694           break;
 695         case 0135:              // Jump if key pressed
 696           // No keys are ever pressed, so always jump to 2nd
 697           ip = y;
 698           break;
 699         case 0136:              // Interrupt masking
 700           notimp();
 701         case 0137:              // Used only when reading from tape
 702           notimp();
 703         case 0140 ... 0147:     // I/O
 704           notimp();
 705         case 0150 ... 0154:     // I/O
 706           notimp();
 707         case 0160 ... 0161:     // I/O
 708           notimp();
 709         case 0162:              // Printing
 710           print_ins(x, y);
 711           break;
 712         case 0163:              // I/O
 713           notimp();
 714         case 0170:              // FIX multiplication, bottom part
 715           afetch();
 716           if (wtofrac(a) * wtofrac(b) >= .1/(1ULL << 32))
 717             over();
 718           acc = wfromll(((unsigned long long)wabs(a) * (unsigned long long)wabs(b)) & VAL_MASK);
 719           // XXX: What should be the sign? The book does not define that.
 720           break;
 721         case 0171:              // Modulo
 722           afetch();
 723           aa = wabs(a);
 724           bb = wabs(b);
 725           if (!bb)
 726             over();
 727           cc = aa % bb;
 728           if (wsign(b) < 0)
 729             cc = -cc;
 730           acc = wfromll(cc);
 731           break;
 732         case 0172:              // Add exponents
 733           a = r1 = rd(xi);
 734           b = rd(yi);
 735           i = wexp(a) + wexp(b);
 736           if (i < -63 || i > 63)
 737             over();
 738           acc = wputexp(b, i);
 739           wr(yi, acc);
 740           break;
 741         case 0173:              // Sub exponents
 742           a = r1 = rd(xi);
 743           b = rd(yi);
 744           i = wexp(b) - wexp(a);
 745           if (i < -63 || i > 63)
 746             over();
 747           acc = wputexp(b, i);
 748           wr(yi, acc);
 749           break;
 750         case 0174:              // Addition in one's complement
 751           a = r1 = rd(xi);
 752           b = rd(yi);
 753           c = a + b;
 754           if (c > VAL_MASK)
 755             c = c - VAL_MASK;
 756           wr(yi, c);
 757           // XXX: The effect on the accumulator is undocumented, but likely to be as follows:
 758           acc = c;
 759           break;
 760         case 0175:              // Normalization
 761           a = r1 = rd(xi);
 762           if (!wabs(a))
 763             {
 764               wr(yi, 0);
 765               wr((yi+1) & 07777, 0);
 766               acc = 0;
 767             }
 768           else
 769             {
 770               i = 0;
 771               acc = a & SIGN_MASK;
 772               a &= VAL_MASK;
 773               while (!(a & (SIGN_MASK >> 1)))
 774                 {
 775                   a <<= 1;
 776                   i++;
 777                 }
 778               acc |= a;
 779               wr(yi, acc);
 780               wr((yi+1) & 07777, i);
 781             }
 782           break;
 783         case 0176:              // Population count
 784           a = r1 = rd(xi);
 785           cc = 0;
 786           for (int i=0; i<36; i++)
 787             if (a & (1ULL << i))
 788               cc++;
 789           // XXX: Guessing that acc gets a copy of the result
 790           acc = wfromll(cc);
 791           wr(yi, acc);
 792           break;
 793         default:
 794           noins();
 795         }
 796
 797       if (trace > 1)
 798         printf("\tACC:%c%012llo R1:%c%012llo R2:%c%012llo\n", WF(acc), WF(r1), WF(r2));
 799     }
 800 }
 801
 802 /*** Daemon interface ***/
 803
 804 #include <unistd.h>
 805 #include <errno.h>
 806 #include <time.h>
 807 #include <syslog.h>
 808 #include <sys/signal.h>
 809 #include <sys/wait.h>
 810 #include <sys/poll.h>
 811 #include <sys/socket.h>
 812 #include <netinet/in.h>
 813 #include <arpa/inet.h>
 814
 815 #if 0
 816 #define DTRACE(msg, args...) fprintf(stderr, msg "\n", ##args)
 817 #define DLOG(msg, args...) fprintf(stderr, msg "\n", ##args)
 818 #else
 819 #define DTRACE(msg, args...) do { } while(0)
 820 #define DLOG(msg, args...) syslog(LOG_INFO, msg, ##args)
 821 #endif
 822
 823 #define MAX_CONNECTIONS 50              // Per daemon
 824 #define MAX_CONNS_PER_IP 1              // Per IP
 825 #define MAX_TRACKERS 200                // IP address trackers
 826 #define TBF_MAX 5                       // Max number of tokens in the bucket
 827 #define TBF_REFILL_PER_SEC 0.2          // Bucket refill rate (buckets/sec)
 828
 829 #define PID_FILE "/var/run/minsk.pid"
 830 #define UID 65534
 831 #define GID 65534
 832
 833 static void die(char *msg)
 834 {
 835   fprintf(stderr, "minsk: ");
 836   fprintf(stderr, msg);
 837   fputc('\n', stderr);
 838   exit(1);
 839 }
 840
 841 static char **spt_argv;
 842 static char *spt_start, *spt_end;
 843
 844 static void setproctitle_init(int argc, char **argv)
 845 {
 846   int i, len;
 847   char **env, **oldenv, *t;
 848
 849   spt_argv = argv;
 850
 851   /* Create a backup copy of environment */
 852   oldenv = __environ;
 853   len = 0;
 854   for (i=0; oldenv[i]; i++)
 855     len += strlen(oldenv[i]) + 1;
 856   __environ = env = malloc(sizeof(char *)*(i+1));
 857   t = malloc(len);
 858   if (!__environ || !t)
 859     die("malloc failed");
 860   for (i=0; oldenv[i]; i++)
 861     {
 862       env[i] = t;
 863       len = strlen(oldenv[i]) + 1;
 864       memcpy(t, oldenv[i], len);
 865       t += len;
 866     }
 867   env[i] = NULL;
 868
 869   /* Scan for consecutive free space */
 870   spt_start = spt_end = argv[0];
 871   for (i=0; i<argc; i++)
 872     if (!i || spt_end+1 == argv[i])
 873       spt_end = argv[i] + strlen(argv[i]);
 874   for (i=0; oldenv[i]; i++)
 875     if (spt_end+1 == oldenv[i])
 876       spt_end = oldenv[i] + strlen(oldenv[i]);
 877 }
 878
 879 static void
 880 setproctitle(const char *msg, ...)
 881 {
 882   va_list args;
 883   char buf[256];
 884   int n;
 885
 886   va_start(args, msg);
 887   if (spt_end > spt_start)
 888     {
 889       n = vsnprintf(buf, sizeof(buf), msg, args);
 890       if (n >= (int) sizeof(buf) || n < 0)
 891         sprintf(buf, "<too-long>");
 892       n = spt_end - spt_start;
 893       strncpy(spt_start, buf, n);
 894       spt_start[n] = 0;
 895       spt_argv[0] = spt_start;
 896       spt_argv[1] = NULL;
 897     }
 898   va_end(args);
 899 }
 900
 901 static void sigchld_handler(int sig __attribute__((unused)))
 902 {
 903 }
 904
 905 static void sigalrm_handler(int sig __attribute__((unused)))
 906 {
 907   const char err[] = "--- Timed out. Time machine disconnected. ---\n";
 908   write(1, err, sizeof(err));
 909   DLOG("Connection timed out");
 910   exit(0);
 911 }
 912
 913 static void child_error_hook(char *err)
 914 {
 915   DLOG("Stopped: %s", err);
 916 }
 917
 918 static void child(int sk2)
 919 {
 920   dup2(sk2, 0);
 921   dup2(sk2, 1);
 922   close(sk2);
 923
 924   struct sigaction sact = {
 925     .sa_handler = sigalrm_handler,
 926   };
 927   if (sigaction(SIGALRM, &sact, NULL) < 0)
 928     die("sigaction: %m");
 929
 930   // Set up limits
 931   alarm(60);
 932   cpu_quota = 100000;
 933   print_quota = 100;
 934
 935   const char welcome[] = "+++ Welcome to our computer museum. +++\n+++ Our time machine will connect you to one of our exhibits. +++\n\n";
 936   write(1, welcome, sizeof(welcome));
 937
 938   error_hook = child_error_hook;
 939   parse_in();
 940   run();
 941   fflush(stdout);
 942   DTRACE("Finished");
 943 }
 944
 945 struct conn {
 946   pid_t pid;
 947   struct in_addr addr;
 948   struct tracker *tracker;
 949 };
 950
 951 static struct conn connections[MAX_CONNECTIONS];
 952
 953 static struct conn *get_conn(struct in_addr *a)
 954 {
 955   for (int i=0; i<MAX_CONNECTIONS; i++)
 956     {
 957       struct conn *c = &connections[i];
 958       if (!c->pid)
 959         {
 960           memcpy(&c->addr, a, sizeof(struct in_addr));
 961           return c;
 962         }
 963     }
 964   return NULL;
 965 }
 966
 967 static struct conn *pid_to_conn(pid_t pid)
 968 {
 969   for (int i=0; i<MAX_CONNECTIONS; i++)
 970     {
 971       struct conn *c = &connections[i];
 972       if (c->pid == pid)
 973         return c;
 974     }
 975   return NULL;
 976 }
 977
 978 static void put_conn(struct conn *c)
 979 {
 980   c->pid = 0;
 981   c->tracker = NULL;
 982 }
 983
 984 struct tracker {
 985   struct in_addr addr;
 986   int active_conns;
 987   time_t last_access;
 988   double tokens;
 989 };
 990
 991 static struct tracker trackers[MAX_TRACKERS];
 992
 993 static int get_tracker(struct conn *c)
 994 {
 995   struct tracker *t;
 996   time_t now = time(NULL);
 997   int i;
 998
 999   for (i=0; i<MAX_TRACKERS; i++)
1000     {
1001       t = &trackers[i];
1002       if (!memcmp(&t->addr, &c->addr, sizeof(struct in_addr)))
1003         break;
1004     }
1005   if (i < MAX_TRACKERS)
1006     {
1007       if (now > t->last_access)
1008         {
1009           t->tokens += (now - t->last_access) * (double) TBF_REFILL_PER_SEC;
1010           t->last_access = now;
1011           if (t->tokens > TBF_MAX)
1012             t->tokens = TBF_MAX;
1013         }
1014       DTRACE("TBF: Using tracker %d (%.3f tokens)", i, t->tokens);
1015     }
1016   else
1017     {
1018       int min_i = -1;
1019       for (int i=0; i<MAX_TRACKERS; i++)
1020         {
1021           t = &trackers[i];
1022           if (!t->active_conns && (min_i < 0 || t->last_access < trackers[min_i].last_access))
1023             min_i = i;
1024         }
1025       if (min_i < 0)
1026         {
1027           DLOG("TBF: Out of trackers!");
1028           return 0;
1029         }
1030       t = &trackers[min_i];
1031       if (t->last_access)
1032         DTRACE("TBF: Recycling tracker %d", min_i);
1033       else
1034         DTRACE("TBF: Creating tracker %d", min_i);
1035       memset(t, 0, sizeof(*t));
1036       t->addr = c->addr;
1037       t->last_access = now;
1038       t->tokens = TBF_MAX;
1039     }
1040
1041   if (t->active_conns >= MAX_CONNS_PER_IP)
1042     {
1043       DTRACE("TBF: Too many conns per IP");
1044       return 0;
1045     }
1046
1047   if (t->tokens >= 0.999)
1048     {
1049       t->tokens -= 1;
1050       t->active_conns++;
1051       c->tracker = t;
1052       DTRACE("TBF: Passed (%d conns)", t->active_conns);
1053       return 1;
1054     }
1055   else
1056     {
1057       DTRACE("TBF: Failed");
1058       t->tokens = 0;
1059       return 0;
1060     }
1061 }
1062
1063 static void put_tracker(struct conn *c)
1064 {
1065   struct tracker *t = c->tracker;
1066   if (!t)
1067     {
1068       DLOG("put_tracker: no tracker?");
1069       sleep(5);
1070       return;
1071     }
1072   if (t->active_conns <= 0)
1073     {
1074       DLOG("put_tracker: no counter?");
1075       sleep(5);
1076       return;
1077     }
1078   t->active_conns--;
1079   DTRACE("TBF: Put tracker (%d conns remain)", t->active_conns);
1080 }
1081
1082 static void run_as_daemon(int do_fork)
1083 {
1084   int sk = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
1085   if (sk < 0)
1086     die("socket: %m");
1087
1088   int one = 1;
1089   if (setsockopt(sk, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof(one)) < 0)
1090     die("setsockopt: %m");
1091
1092   struct sockaddr_in sa = {
1093     .sin_family = AF_INET,
1094     .sin_port = ntohs(1969),
1095     .sin_addr.s_addr = INADDR_ANY,
1096   };
1097   if (bind(sk, (struct sockaddr *) &sa, sizeof(sa)) < 0)
1098     die("bind: %m");
1099   if (listen(sk, 128) < 0)
1100     die("listen: %m");
1101   // if (fcntl(sk, F_SETFL, O_NONBLOCK) < 0)
1102   //  die("fcntl: %m");
1103
1104   if (do_fork)
1105     {
1106       pid_t pid = fork();
1107       if (pid < 0)
1108         die("fork: %m");
1109       if (pid)
1110         {
1111           FILE *f = fopen(PID_FILE, "w");
1112           if (f)
1113             {
1114               fprintf(f, "%d\n", pid);
1115               fclose(f);
1116             }
1117           exit(0);
1118         }
1119
1120       chdir("/");
1121       setresgid(GID, GID, GID);
1122       setresuid(UID, UID, UID);
1123       setsid();
1124     }
1125
1126   struct sigaction sact = {
1127     .sa_handler = sigchld_handler,
1128     .sa_flags = SA_RESTART,
1129   };
1130   if (sigaction(SIGCHLD, &sact, NULL) < 0)
1131     die("sigaction: %m");
1132
1133   DLOG("Daemon ready");
1134   setproctitle("minsk: Listening");
1135   openlog("minsk", LOG_PID, LOG_LOCAL7);
1136
1137   for (;;)
1138     {
1139       struct pollfd pfd[1] = {
1140         { .fd = sk, .events = POLLIN },
1141       };
1142
1143       int nfds = poll(pfd, 1, 60000);
1144       if (nfds < 0 && errno != EINTR)
1145         {
1146           DLOG("poll: %m");
1147           sleep(5);
1148           continue;
1149         }
1150
1151       int status;
1152       pid_t pid;
1153       while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0)
1154         {
1155           if (!WIFEXITED(status) || WEXITSTATUS(status))
1156             DLOG("Process %d exited with strange status %x", pid, status);
1157
1158           struct conn *conn = pid_to_conn(pid);
1159           if (conn)
1160             {
1161               DTRACE("Connection with PID %d exited", pid);
1162               put_tracker(conn);
1163               put_conn(conn);
1164             }
1165           else
1166             DTRACE("PID %d exited, matching no connection", pid);
1167         }
1168
1169       if (!(pfd[0].revents & POLLIN))
1170         continue;
1171
1172       socklen_t salen = sizeof(sa);
1173       int sk2 = accept(sk, (struct sockaddr *) &sa, &salen);
1174       if (sk2 < 0)
1175         {
1176           if (errno != EINTR)
1177             {
1178               DLOG("accept: %m");
1179               sleep(5);
1180             }
1181           continue;
1182         }
1183       DTRACE("Got connection: fd=%d", sk2);
1184
1185       struct conn *conn = get_conn(&sa.sin_addr);
1186       const char *reason = NULL;
1187       if (conn)
1188         {
1189           if (!get_tracker(conn))
1190             {
1191               DLOG("Connection from %s dropped: Throttling", inet_ntoa(sa.sin_addr));
1192               put_conn(conn);
1193               conn = NULL;
1194               reason = "--- Sorry, but you are sending too many requests. Please slow down. ---\n";
1195             }
1196         }
1197       else
1198         {
1199           DLOG("Connection from %s dropped: Too many connections", inet_ntoa(sa.sin_addr));
1200           reason = "--- Sorry, maximum number of connections exceeded. Please come later. ---\n";
1201         }
1202
1203       pid = fork();
1204       if (pid < 0)
1205         {
1206           DLOG("fork failed: %m");
1207           close(sk2);
1208           continue;
1209         }
1210       if (!pid)
1211         {
1212           close(sk);
1213           if (conn)
1214             {
1215               DLOG("Accepted connection from %s", inet_ntoa(sa.sin_addr));
1216               setproctitle("minsk: %s", inet_ntoa(sa.sin_addr));
1217               child(sk2);
1218             }
1219           else
1220             {
1221               DLOG("Sending error message to %s", inet_ntoa(sa.sin_addr));
1222               setproctitle("minsk: %s ERR", inet_ntoa(sa.sin_addr));
1223               write(sk2, reason, strlen(reason));
1224             }
1225           exit(0);
1226         }
1227
1228       DTRACE("Created process %d", pid);
1229       if (conn)
1230         conn->pid = pid;
1231       close(sk2);
1232     }
1233 }
1234
1235 int main(int argc, char **argv)
1236 {
1237   if (argc > 1)
1238     {
1239       setproctitle_init(argc, argv);
1240       if (!strcmp(argv[1], "--daemon"))
1241         run_as_daemon(1);
1242       else if (!strcmp(argv[1], "--net"))
1243         run_as_daemon(0);
1244       else
1245         die("Usage: minsk [--daemon | --net]");
1246     }
1247
1248   trace = 3;
1249   parse_in();
1250   run();
1251   return 0;
1252 }