GNU Linux-libre 5.4.207-gnu1
[releases.git] / net / sched / sch_qfq.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * net/sched/sch_qfq.c         Quick Fair Queueing Plus Scheduler.
4  *
5  * Copyright (c) 2009 Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente.
6  * Copyright (c) 2012 Paolo Valente.
7  */
8
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/bitops.h>
12 #include <linux/errno.h>
13 #include <linux/netdevice.h>
14 #include <linux/pkt_sched.h>
15 #include <net/sch_generic.h>
16 #include <net/pkt_sched.h>
17 #include <net/pkt_cls.h>
18
19
20 /*  Quick Fair Queueing Plus
21     ========================
22
23     Sources:
24
25     [1] Paolo Valente,
26     "Reducing the Execution Time of Fair-Queueing Schedulers."
27     http://algo.ing.unimo.it/people/paolo/agg-sched/agg-sched.pdf
28
29     Sources for QFQ:
30
31     [2] Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente: "QFQ: Efficient
32     Packet Scheduling with Tight Bandwidth Distribution Guarantees."
33
34     See also:
35     http://retis.sssup.it/~fabio/linux/qfq/
36  */
37
38 /*
39
40   QFQ+ divides classes into aggregates of at most MAX_AGG_CLASSES
41   classes. Each aggregate is timestamped with a virtual start time S
42   and a virtual finish time F, and scheduled according to its
43   timestamps. S and F are computed as a function of a system virtual
44   time function V. The classes within each aggregate are instead
45   scheduled with DRR.
46
47   To speed up operations, QFQ+ divides also aggregates into a limited
48   number of groups. Which group a class belongs to depends on the
49   ratio between the maximum packet length for the class and the weight
50   of the class. Groups have their own S and F. In the end, QFQ+
51   schedules groups, then aggregates within groups, then classes within
52   aggregates. See [1] and [2] for a full description.
53
54   Virtual time computations.
55
56   S, F and V are all computed in fixed point arithmetic with
57   FRAC_BITS decimal bits.
58
59   QFQ_MAX_INDEX is the maximum index allowed for a group. We need
60         one bit per index.
61   QFQ_MAX_WSHIFT is the maximum power of two supported as a weight.
62
63   The layout of the bits is as below:
64
65                    [ MTU_SHIFT ][      FRAC_BITS    ]
66                    [ MAX_INDEX    ][ MIN_SLOT_SHIFT ]
67                                  ^.__grp->index = 0
68                                  *.__grp->slot_shift
69
70   where MIN_SLOT_SHIFT is derived by difference from the others.
71
72   The max group index corresponds to Lmax/w_min, where
73   Lmax=1<<MTU_SHIFT, w_min = 1 .
74   From this, and knowing how many groups (MAX_INDEX) we want,
75   we can derive the shift corresponding to each group.
76
77   Because we often need to compute
78         F = S + len/w_i  and V = V + len/wsum
79   instead of storing w_i store the value
80         inv_w = (1<<FRAC_BITS)/w_i
81   so we can do F = S + len * inv_w * wsum.
82   We use W_TOT in the formulas so we can easily move between
83   static and adaptive weight sum.
84
85   The per-scheduler-instance data contain all the data structures
86   for the scheduler: bitmaps and bucket lists.
87
88  */
89
90 /*
91  * Maximum number of consecutive slots occupied by backlogged classes
92  * inside a group.
93  */
94 #define QFQ_MAX_SLOTS   32
95
96 /*
97  * Shifts used for aggregate<->group mapping.  We allow class weights that are
98  * in the range [1, 2^MAX_WSHIFT], and we try to map each aggregate i to the
99  * group with the smallest index that can support the L_i / r_i configured
100  * for the classes in the aggregate.
101  *
102  * grp->index is the index of the group; and grp->slot_shift
103  * is the shift for the corresponding (scaled) sigma_i.
104  */
105 #define QFQ_MAX_INDEX           24
106 #define QFQ_MAX_WSHIFT          10
107
108 #define QFQ_MAX_WEIGHT          (1<<QFQ_MAX_WSHIFT) /* see qfq_slot_insert */
109 #define QFQ_MAX_WSUM            (64*QFQ_MAX_WEIGHT)
110
111 #define FRAC_BITS               30      /* fixed point arithmetic */
112 #define ONE_FP                  (1UL << FRAC_BITS)
113
114 #define QFQ_MTU_SHIFT           16      /* to support TSO/GSO */
115 #define QFQ_MIN_LMAX            512     /* see qfq_slot_insert */
116
117 #define QFQ_MAX_AGG_CLASSES     8 /* max num classes per aggregate allowed */
118
119 /*
120  * Possible group states.  These values are used as indexes for the bitmaps
121  * array of struct qfq_queue.
122  */
123 enum qfq_state { ER, IR, EB, IB, QFQ_MAX_STATE };
124
125 struct qfq_group;
126
127 struct qfq_aggregate;
128
129 struct qfq_class {
130         struct Qdisc_class_common common;
131
132         unsigned int filter_cnt;
133
134         struct gnet_stats_basic_packed bstats;
135         struct gnet_stats_queue qstats;
136         struct net_rate_estimator __rcu *rate_est;
137         struct Qdisc *qdisc;
138         struct list_head alist;         /* Link for active-classes list. */
139         struct qfq_aggregate *agg;      /* Parent aggregate. */
140         int deficit;                    /* DRR deficit counter. */
141 };
142
143 struct qfq_aggregate {
144         struct hlist_node next; /* Link for the slot list. */
145         u64 S, F;               /* flow timestamps (exact) */
146
147         /* group we belong to. In principle we would need the index,
148          * which is log_2(lmax/weight), but we never reference it
149          * directly, only the group.
150          */
151         struct qfq_group *grp;
152
153         /* these are copied from the flowset. */
154         u32     class_weight; /* Weight of each class in this aggregate. */
155         /* Max pkt size for the classes in this aggregate, DRR quantum. */
156         int     lmax;
157
158         u32     inv_w;      /* ONE_FP/(sum of weights of classes in aggr.). */
159         u32     budgetmax;  /* Max budget for this aggregate. */
160         u32     initial_budget, budget;     /* Initial and current budget. */
161
162         int               num_classes;  /* Number of classes in this aggr. */
163         struct list_head  active;       /* DRR queue of active classes. */
164
165         struct hlist_node nonfull_next; /* See nonfull_aggs in qfq_sched. */
166 };
167
168 struct qfq_group {
169         u64 S, F;                       /* group timestamps (approx). */
170         unsigned int slot_shift;        /* Slot shift. */
171         unsigned int index;             /* Group index. */
172         unsigned int front;             /* Index of the front slot. */
173         unsigned long full_slots;       /* non-empty slots */
174
175         /* Array of RR lists of active aggregates. */
176         struct hlist_head slots[QFQ_MAX_SLOTS];
177 };
178
179 struct qfq_sched {
180         struct tcf_proto __rcu *filter_list;
181         struct tcf_block        *block;
182         struct Qdisc_class_hash clhash;
183
184         u64                     oldV, V;        /* Precise virtual times. */
185         struct qfq_aggregate    *in_serv_agg;   /* Aggregate being served. */
186         u32                     wsum;           /* weight sum */
187         u32                     iwsum;          /* inverse weight sum */
188
189         unsigned long bitmaps[QFQ_MAX_STATE];       /* Group bitmaps. */
190         struct qfq_group groups[QFQ_MAX_INDEX + 1]; /* The groups. */
191         u32 min_slot_shift;     /* Index of the group-0 bit in the bitmaps. */
192
193         u32 max_agg_classes;            /* Max number of classes per aggr. */
194         struct hlist_head nonfull_aggs; /* Aggs with room for more classes. */
195 };
196
197 /*
198  * Possible reasons why the timestamps of an aggregate are updated
199  * enqueue: the aggregate switches from idle to active and must scheduled
200  *          for service
201  * requeue: the aggregate finishes its budget, so it stops being served and
202  *          must be rescheduled for service
203  */
204 enum update_reason {enqueue, requeue};
205
206 static struct qfq_class *qfq_find_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
207 {
208         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
209         struct Qdisc_class_common *clc;
210
211         clc = qdisc_class_find(&q->clhash, classid);
212         if (clc == NULL)
213                 return NULL;
214         return container_of(clc, struct qfq_class, common);
215 }
216
217 static const struct nla_policy qfq_policy[TCA_QFQ_MAX + 1] = {
218         [TCA_QFQ_WEIGHT] = { .type = NLA_U32 },
219         [TCA_QFQ_LMAX] = { .type = NLA_U32 },
220 };
221
222 /*
223  * Calculate a flow index, given its weight and maximum packet length.
224  * index = log_2(maxlen/weight) but we need to apply the scaling.
225  * This is used only once at flow creation.
226  */
227 static int qfq_calc_index(u32 inv_w, unsigned int maxlen, u32 min_slot_shift)
228 {
229         u64 slot_size = (u64)maxlen * inv_w;
230         unsigned long size_map;
231         int index = 0;
232
233         size_map = slot_size >> min_slot_shift;
234         if (!size_map)
235                 goto out;
236
237         index = __fls(size_map) + 1;    /* basically a log_2 */
238         index -= !(slot_size - (1ULL << (index + min_slot_shift - 1)));
239
240         if (index < 0)
241                 index = 0;
242 out:
243         pr_debug("qfq calc_index: W = %lu, L = %u, I = %d\n",
244                  (unsigned long) ONE_FP/inv_w, maxlen, index);
245
246         return index;
247 }
248
249 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *);
250 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *,
251                              enum update_reason);
252
253 static void qfq_init_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
254                          u32 lmax, u32 weight)
255 {
256         INIT_LIST_HEAD(&agg->active);
257         hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
258
259         agg->lmax = lmax;
260         agg->class_weight = weight;
261 }
262
263 static struct qfq_aggregate *qfq_find_agg(struct qfq_sched *q,
264                                           u32 lmax, u32 weight)
265 {
266         struct qfq_aggregate *agg;
267
268         hlist_for_each_entry(agg, &q->nonfull_aggs, nonfull_next)
269                 if (agg->lmax == lmax && agg->class_weight == weight)
270                         return agg;
271
272         return NULL;
273 }
274
275
276 /* Update aggregate as a function of the new number of classes. */
277 static void qfq_update_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
278                            int new_num_classes)
279 {
280         u32 new_agg_weight;
281
282         if (new_num_classes == q->max_agg_classes)
283                 hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
284
285         if (agg->num_classes > new_num_classes &&
286             new_num_classes == q->max_agg_classes - 1) /* agg no more full */
287                 hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
288
289         /* The next assignment may let
290          * agg->initial_budget > agg->budgetmax
291          * hold, we will take it into account in charge_actual_service().
292          */
293         agg->budgetmax = new_num_classes * agg->lmax;
294         new_agg_weight = agg->class_weight * new_num_classes;
295         agg->inv_w = ONE_FP/new_agg_weight;
296
297         if (agg->grp == NULL) {
298                 int i = qfq_calc_index(agg->inv_w, agg->budgetmax,
299                                        q->min_slot_shift);
300                 agg->grp = &q->groups[i];
301         }
302
303         q->wsum +=
304                 (int) agg->class_weight * (new_num_classes - agg->num_classes);
305         q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
306
307         agg->num_classes = new_num_classes;
308 }
309
310 /* Add class to aggregate. */
311 static void qfq_add_to_agg(struct qfq_sched *q,
312                            struct qfq_aggregate *agg,
313                            struct qfq_class *cl)
314 {
315         cl->agg = agg;
316
317         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes+1);
318         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) { /* adding an active class */
319                 list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
320                 if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) ==
321                     cl && q->in_serv_agg != agg) /* agg was inactive */
322                         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue); /* schedule agg */
323         }
324 }
325
326 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *);
327
328 static void qfq_destroy_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
329 {
330         hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
331         q->wsum -= agg->class_weight;
332         if (q->wsum != 0)
333                 q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
334
335         if (q->in_serv_agg == agg)
336                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
337         kfree(agg);
338 }
339
340 /* Deschedule class from within its parent aggregate. */
341 static void qfq_deactivate_class(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
342 {
343         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
344
345
346         list_del(&cl->alist); /* remove from RR queue of the aggregate */
347         if (list_empty(&agg->active)) /* agg is now inactive */
348                 qfq_deactivate_agg(q, agg);
349 }
350
351 /* Remove class from its parent aggregate. */
352 static void qfq_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
353 {
354         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
355
356         cl->agg = NULL;
357         if (agg->num_classes == 1) { /* agg being emptied, destroy it */
358                 qfq_destroy_agg(q, agg);
359                 return;
360         }
361         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes-1);
362 }
363
364 /* Deschedule class and remove it from its parent aggregate. */
365 static void qfq_deact_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
366 {
367         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) /* class is active */
368                 qfq_deactivate_class(q, cl);
369
370         qfq_rm_from_agg(q, cl);
371 }
372
373 /* Move class to a new aggregate, matching the new class weight and/or lmax */
374 static int qfq_change_agg(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl, u32 weight,
375                            u32 lmax)
376 {
377         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
378         struct qfq_aggregate *new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
379
380         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
381                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
382                 if (new_agg == NULL)
383                         return -ENOBUFS;
384                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
385         }
386         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
387         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
388
389         return 0;
390 }
391
392 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
393                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg,
394                             struct netlink_ext_ack *extack)
395 {
396         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
397         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
398         bool existing = false;
399         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
400         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
401         u32 weight, lmax, inv_w;
402         int err;
403         int delta_w;
404
405         if (tca[TCA_OPTIONS] == NULL) {
406                 pr_notice("qfq: no options\n");
407                 return -EINVAL;
408         }
409
410         err = nla_parse_nested_deprecated(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS],
411                                           qfq_policy, NULL);
412         if (err < 0)
413                 return err;
414
415         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT]) {
416                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
417                 if (!weight || weight > (1UL << QFQ_MAX_WSHIFT)) {
418                         pr_notice("qfq: invalid weight %u\n", weight);
419                         return -EINVAL;
420                 }
421         } else
422                 weight = 1;
423
424         if (tb[TCA_QFQ_LMAX]) {
425                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
426                 if (lmax < QFQ_MIN_LMAX || lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)) {
427                         pr_notice("qfq: invalid max length %u\n", lmax);
428                         return -EINVAL;
429                 }
430         } else
431                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
432
433         inv_w = ONE_FP / weight;
434         weight = ONE_FP / inv_w;
435
436         if (cl != NULL &&
437             lmax == cl->agg->lmax &&
438             weight == cl->agg->class_weight)
439                 return 0; /* nothing to change */
440
441         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
442
443         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
444                 pr_notice("qfq: total weight out of range (%d + %u)\n",
445                           delta_w, q->wsum);
446                 return -EINVAL;
447         }
448
449         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
450                 if (tca[TCA_RATE]) {
451                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
452                                                     &cl->rate_est,
453                                                     NULL,
454                                                     qdisc_root_sleeping_running(sch),
455                                                     tca[TCA_RATE]);
456                         if (err)
457                                 return err;
458                 }
459                 existing = true;
460                 goto set_change_agg;
461         }
462
463         /* create and init new class */
464         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
465         if (cl == NULL)
466                 return -ENOBUFS;
467
468         cl->common.classid = classid;
469         cl->deficit = lmax;
470
471         cl->qdisc = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
472                                       classid, NULL);
473         if (cl->qdisc == NULL)
474                 cl->qdisc = &noop_qdisc;
475
476         if (tca[TCA_RATE]) {
477                 err = gen_new_estimator(&cl->bstats, NULL,
478                                         &cl->rate_est,
479                                         NULL,
480                                         qdisc_root_sleeping_running(sch),
481                                         tca[TCA_RATE]);
482                 if (err)
483                         goto destroy_class;
484         }
485
486         if (cl->qdisc != &noop_qdisc)
487                 qdisc_hash_add(cl->qdisc, true);
488
489 set_change_agg:
490         sch_tree_lock(sch);
491         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
492         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
493                 sch_tree_unlock(sch);
494                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
495                 if (new_agg == NULL) {
496                         err = -ENOBUFS;
497                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
498                         goto destroy_class;
499                 }
500                 sch_tree_lock(sch);
501                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
502         }
503         if (existing)
504                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
505         else
506                 qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
507         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
508         sch_tree_unlock(sch);
509         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
510
511         *arg = (unsigned long)cl;
512         return 0;
513
514 destroy_class:
515         qdisc_put(cl->qdisc);
516         kfree(cl);
517         return err;
518 }
519
520 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
521 {
522         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
523
524         qfq_rm_from_agg(q, cl);
525         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
526         qdisc_put(cl->qdisc);
527         kfree(cl);
528 }
529
530 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
531 {
532         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
533         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
534
535         if (cl->filter_cnt > 0)
536                 return -EBUSY;
537
538         sch_tree_lock(sch);
539
540         qdisc_purge_queue(cl->qdisc);
541         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
542
543         sch_tree_unlock(sch);
544
545         qfq_destroy_class(sch, cl);
546         return 0;
547 }
548
549 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
550 {
551         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
552 }
553
554 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
555                                        struct netlink_ext_ack *extack)
556 {
557         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
558
559         if (cl)
560                 return NULL;
561
562         return q->block;
563 }
564
565 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
566                                   u32 classid)
567 {
568         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
569
570         if (cl != NULL)
571                 cl->filter_cnt++;
572
573         return (unsigned long)cl;
574 }
575
576 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
577 {
578         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
579
580         cl->filter_cnt--;
581 }
582
583 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
584                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old,
585                            struct netlink_ext_ack *extack)
586 {
587         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
588
589         if (new == NULL) {
590                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
591                                         cl->common.classid, NULL);
592                 if (new == NULL)
593                         new = &noop_qdisc;
594         }
595
596         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
597         return 0;
598 }
599
600 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
601 {
602         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
603
604         return cl->qdisc;
605 }
606
607 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
608                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
609 {
610         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
611         struct nlattr *nest;
612
613         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
614         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
615         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
616
617         nest = nla_nest_start_noflag(skb, TCA_OPTIONS);
618         if (nest == NULL)
619                 goto nla_put_failure;
620         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
621             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
622                 goto nla_put_failure;
623         return nla_nest_end(skb, nest);
624
625 nla_put_failure:
626         nla_nest_cancel(skb, nest);
627         return -EMSGSIZE;
628 }
629
630 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
631                                 struct gnet_dump *d)
632 {
633         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
634         struct tc_qfq_stats xstats;
635
636         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
637
638         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
639         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
640
641         if (gnet_stats_copy_basic(qdisc_root_sleeping_running(sch),
642                                   d, NULL, &cl->bstats) < 0 ||
643             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
644             qdisc_qstats_copy(d, cl->qdisc) < 0)
645                 return -1;
646
647         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
648 }
649
650 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
651 {
652         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
653         struct qfq_class *cl;
654         unsigned int i;
655
656         if (arg->stop)
657                 return;
658
659         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
660                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
661                         if (arg->count < arg->skip) {
662                                 arg->count++;
663                                 continue;
664                         }
665                         if (arg->fn(sch, (unsigned long)cl, arg) < 0) {
666                                 arg->stop = 1;
667                                 return;
668                         }
669                         arg->count++;
670                 }
671         }
672 }
673
674 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
675                                       int *qerr)
676 {
677         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
678         struct qfq_class *cl;
679         struct tcf_result res;
680         struct tcf_proto *fl;
681         int result;
682
683         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
684                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
685                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
686                 if (cl != NULL)
687                         return cl;
688         }
689
690         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
691         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
692         result = tcf_classify(skb, fl, &res, false);
693         if (result >= 0) {
694 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
695                 switch (result) {
696                 case TC_ACT_QUEUED:
697                 case TC_ACT_STOLEN:
698                 case TC_ACT_TRAP:
699                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
700                         /* fall through */
701                 case TC_ACT_SHOT:
702                         return NULL;
703                 }
704 #endif
705                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
706                 if (cl == NULL)
707                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
708                 return cl;
709         }
710
711         return NULL;
712 }
713
714 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
715 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
716 {
717         return (s64)(a - b) > 0;
718 }
719
720 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
721 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
722 {
723         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
724 }
725
726 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
727 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
728                                         unsigned long bitmap)
729 {
730         int index = __ffs(bitmap);
731         return &q->groups[index];
732 }
733 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
734 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
735 {
736         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
737 }
738
739 /*
740  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
741  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
742  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
743  */
744 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
745 {
746         /* if S > V we are not eligible */
747         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
748         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
749         struct qfq_group *next;
750
751         if (mask) {
752                 next = qfq_ffs(q, mask);
753                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
754                         state |= EB;
755         }
756
757         return state;
758 }
759
760
761 /*
762  * In principle
763  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
764  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
765  * but we should make sure that src != dst
766  */
767 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
768                                    int src, int dst)
769 {
770         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
771         q->bitmaps[src] &= ~mask;
772 }
773
774 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
775 {
776         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
777         struct qfq_group *next;
778
779         if (mask) {
780                 next = qfq_ffs(q, mask);
781                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
782                         return;
783         }
784
785         mask = (1UL << index) - 1;
786         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
787         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
788 }
789
790 /*
791  * perhaps
792  *
793         old_V ^= q->V;
794         old_V >>= q->min_slot_shift;
795         if (old_V) {
796                 ...
797         }
798  *
799  */
800 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
801 {
802         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
803         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
804
805         if (vslot != old_vslot) {
806                 unsigned long mask;
807                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
808
809                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
810                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
811                 else
812                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
813
814                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
815                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
816         }
817 }
818
819 /*
820  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
821  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
822  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
823  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
824  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
825  * position.
826  *
827  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
828  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
829  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
830  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
831  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
832  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
833  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
834  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
835  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
836  * if the parameters of some class are changed.
837  *
838  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
839  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
840  * 2 +
841  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
842  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
843  *
844  * The following function deals with this problem by backward-shifting
845  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
846  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
847  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
848  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
849  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
850  * would have been even lower than they are after the backward shift,
851  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
852  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
853  * service is postponed because of the backward-shift would have
854  * however waited for the service of agg before being served.
855  *
856  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
857  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
858  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
859  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
860  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
861  * activated. The activation of this aggregate should be properly
862  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
863  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
864  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
865  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
866  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
867  * of these unlucky aggregates.
868  *
869  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
870  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
871  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
872  * of a class.
873  */
874 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
875                             u64 roundedS)
876 {
877         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
878         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
879
880         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
881                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
882                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
883                 agg->S -= deltaS;
884                 agg->F -= deltaS;
885                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
886         }
887
888         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
889
890         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
891         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
892 }
893
894 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
895 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
896 {
897         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
898                            struct qfq_aggregate, next);
899 }
900
901 /*
902  * remove the entry from the slot
903  */
904 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
905 {
906         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
907
908         BUG_ON(!agg);
909         hlist_del(&agg->next);
910         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
911                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
912 }
913
914 /*
915  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
916  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
917  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
918  */
919 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
920 {
921         unsigned int i;
922
923         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
924                  grp->index, grp->full_slots);
925
926         if (grp->full_slots == 0)
927                 return NULL;
928
929         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
930         if (i > 0) {
931                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
932                 grp->full_slots >>= i;
933         }
934
935         return qfq_slot_head(grp);
936 }
937
938 /*
939  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
940  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
941  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
942  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
943  * This covers decreases in the group's start time, but what about
944  * increases of the start time ?
945  * Here too we should make sure that i is less than 32
946  */
947 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
948 {
949         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
950
951         grp->full_slots <<= i;
952         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
953 }
954
955 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
956 {
957         struct qfq_group *grp;
958         unsigned long ineligible;
959
960         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
961         if (ineligible) {
962                 if (!q->bitmaps[ER]) {
963                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
964                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
965                                 q->V = grp->S;
966                 }
967                 qfq_make_eligible(q);
968         }
969 }
970
971 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
972 static void agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
973                         struct qfq_class *cl, unsigned int len)
974 {
975         qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
976
977         cl->deficit -= (int) len;
978
979         if (cl->qdisc->q.qlen == 0) /* no more packets, remove from list */
980                 list_del(&cl->alist);
981         else if (cl->deficit < qdisc_pkt_len(cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc))) {
982                 cl->deficit += agg->lmax;
983                 list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
984         }
985 }
986
987 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
988                                            struct qfq_class **cl,
989                                            unsigned int *len)
990 {
991         struct sk_buff *skb;
992
993         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
994         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
995         if (skb == NULL)
996                 WARN_ONCE(1, "qfq_dequeue: non-workconserving leaf\n");
997         else
998                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
999
1000         return skb;
1001 }
1002
1003 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
1004 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
1005 {
1006         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1007          * account that, after decreasing the number of classes in
1008          * agg, it may happen that
1009          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1010          */
1011         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1012                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1013
1014         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1015 }
1016
1017 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1018  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1019  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1020  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1021  *
1022  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1023  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1024  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1025  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1026  * We are guaranteed not to move S backward because
1027  * otherwise our group i would still be blocked.
1028  */
1029 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1030 {
1031         unsigned long mask;
1032         u64 limit, roundedF;
1033         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1034
1035         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1036         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1037
1038         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1039                 /* timestamp was stale */
1040                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1041                 if (mask) {
1042                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1043                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1044                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1045                                         agg->S = next->F;
1046                                 else /* preserve timestamp correctness */
1047                                         agg->S = limit;
1048                                 return;
1049                         }
1050                 }
1051                 agg->S = q->V;
1052         } else  /* timestamp is not stale */
1053                 agg->S = agg->F;
1054 }
1055
1056 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1057  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1058  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1059  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1060  */
1061 static inline void
1062 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1063                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1064 {
1065         if (reason != requeue)
1066                 qfq_update_start(q, agg);
1067         else /* just charge agg for the service received */
1068                 agg->S = agg->F;
1069
1070         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1071 }
1072
1073 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1074
1075 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1076 {
1077         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1078         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1079         struct qfq_class *cl;
1080         struct sk_buff *skb = NULL;
1081         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1082         unsigned int len = 0;
1083
1084         if (in_serv_agg == NULL)
1085                 return NULL;
1086
1087         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1088                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1089
1090         /*
1091          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1092          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1093          * class, then choose the next aggregate to serve.
1094          */
1095         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1096                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1097
1098                 /* recharge the budget of the aggregate */
1099                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1100                         in_serv_agg->budgetmax;
1101
1102                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1103                         /*
1104                          * Still active: reschedule for
1105                          * service. Possible optimization: if no other
1106                          * aggregate is active, then there is no point
1107                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1108                          * just keep it as the in-service one. This
1109                          * should be however a corner case, and to
1110                          * handle it, we would need to maintain an
1111                          * extra num_active_aggs field.
1112                         */
1113                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1114                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1115                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1116                         q->in_serv_agg = NULL;
1117                         return NULL;
1118                 }
1119
1120                 /*
1121                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1122                  * choose the new aggregate to serve.
1123                  */
1124                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1125                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1126         }
1127         if (!skb)
1128                 return NULL;
1129
1130         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1131         sch->q.qlen--;
1132         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1133
1134         agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1135         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1136          * owning pending packets with larger size than the new value
1137          * of lmax, then the following condition may hold.
1138          */
1139         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1140                 in_serv_agg->budget = 0;
1141         else
1142                 in_serv_agg->budget -= len;
1143
1144         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1145         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1146                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1147                  (unsigned long long) q->V);
1148
1149         return skb;
1150 }
1151
1152 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1153 {
1154         struct qfq_group *grp;
1155         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1156         u64 old_F;
1157
1158         qfq_update_eligible(q);
1159         q->oldV = q->V;
1160
1161         if (!q->bitmaps[ER])
1162                 return NULL;
1163
1164         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1165         old_F = grp->F;
1166
1167         agg = qfq_slot_head(grp);
1168
1169         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1170         qfq_front_slot_remove(grp);
1171
1172         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1173
1174         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1175                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1176         else {
1177                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1178                                               grp->slot_shift);
1179                 unsigned int s;
1180
1181                 if (grp->S == roundedS)
1182                         return agg;
1183                 grp->S = roundedS;
1184                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1185                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1186                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1187                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1188         }
1189
1190         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1191
1192         return agg;
1193 }
1194
1195 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1196                        struct sk_buff **to_free)
1197 {
1198         unsigned int len = qdisc_pkt_len(skb), gso_segs;
1199         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1200         struct qfq_class *cl;
1201         struct qfq_aggregate *agg;
1202         int err = 0;
1203         bool first;
1204
1205         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1206         if (cl == NULL) {
1207                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1208                         qdisc_qstats_drop(sch);
1209                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1210                 return err;
1211         }
1212         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1213
1214         if (unlikely(cl->agg->lmax < len)) {
1215                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1216                          cl->agg->lmax, len, cl->common.classid);
1217                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight, len);
1218                 if (err) {
1219                         cl->qstats.drops++;
1220                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1221                 }
1222         }
1223
1224         gso_segs = skb_is_gso(skb) ? skb_shinfo(skb)->gso_segs : 1;
1225         first = !cl->qdisc->q.qlen;
1226         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1227         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1228                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1229                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1230                         cl->qstats.drops++;
1231                         qdisc_qstats_drop(sch);
1232                 }
1233                 return err;
1234         }
1235
1236         cl->bstats.bytes += len;
1237         cl->bstats.packets += gso_segs;
1238         sch->qstats.backlog += len;
1239         ++sch->q.qlen;
1240
1241         agg = cl->agg;
1242         /* if the queue was not empty, then done here */
1243         if (!first) {
1244                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1245                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1246                     == cl && cl->deficit < len)
1247                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1248
1249                 return err;
1250         }
1251
1252         /* schedule class for service within the aggregate */
1253         cl->deficit = agg->lmax;
1254         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1255
1256         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1257             q->in_serv_agg == agg)
1258                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1259
1260         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1261
1262         return err;
1263 }
1264
1265 /*
1266  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1267  */
1268 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1269 {
1270         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1271         u64 roundedS;
1272         int s;
1273
1274         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1275
1276         /*
1277          * Insert agg in the correct bucket.
1278          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1279          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1280          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1281          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1282          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1283          * was in ER make sure to adjust V.
1284          */
1285         if (grp->full_slots) {
1286                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1287                         goto skip_update;
1288
1289                 /* create a slot for this agg->S */
1290                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1291                 /* group was surely ineligible, remove */
1292                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1293                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1294         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1295                    q->in_serv_agg == NULL)
1296                 q->V = roundedS;
1297
1298         grp->S = roundedS;
1299         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1300         s = qfq_calc_state(q, grp);
1301         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1302
1303         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1304                  s, q->bitmaps[s],
1305                  (unsigned long long) agg->S,
1306                  (unsigned long long) agg->F,
1307                  (unsigned long long) q->V);
1308
1309 skip_update:
1310         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1311 }
1312
1313
1314 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1315 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1316                              enum update_reason reason)
1317 {
1318         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1319
1320         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1321         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1322                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1323                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1324                 q->oldV = q->V = agg->S;
1325         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1326                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1327 }
1328
1329 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1330                             struct qfq_aggregate *agg)
1331 {
1332         unsigned int i, offset;
1333         u64 roundedS;
1334
1335         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1336         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1337
1338         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1339
1340         hlist_del(&agg->next);
1341         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1342                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1343 }
1344
1345 /*
1346  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1347  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1348  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1349  * side effects.
1350  * Otherwise we must propagate the event up.
1351  */
1352 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1353 {
1354         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1355         unsigned long mask;
1356         u64 roundedS;
1357         int s;
1358
1359         if (agg == q->in_serv_agg) {
1360                 charge_actual_service(agg);
1361                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1362                 return;
1363         }
1364
1365         agg->F = agg->S;
1366         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1367
1368         if (!grp->full_slots) {
1369                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1370                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1371                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1372
1373                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1374                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1375                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1376                         if (mask)
1377                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1378                         else
1379                                 mask = ~0UL;
1380                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1381                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1382                 }
1383                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1384         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1385                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1386                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1387                 if (grp->S != roundedS) {
1388                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1389                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1390                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1391                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1392                         grp->S = roundedS;
1393                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1394                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1395                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1396                 }
1397         }
1398 }
1399
1400 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1401 {
1402         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1403         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1404
1405         qfq_deactivate_class(q, cl);
1406 }
1407
1408 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1409                           struct netlink_ext_ack *extack)
1410 {
1411         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1412         struct qfq_group *grp;
1413         int i, j, err;
1414         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1415
1416         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list, sch, extack);
1417         if (err)
1418                 return err;
1419
1420         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1421         if (err < 0)
1422                 return err;
1423
1424         max_classes = min_t(u64, (u64)qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1,
1425                             QFQ_MAX_AGG_CLASSES);
1426         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1427         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1428         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1429
1430         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1431         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1432         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1433
1434         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1435                 grp = &q->groups[i];
1436                 grp->index = i;
1437                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1438                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1439                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1440         }
1441
1442         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1443
1444         return 0;
1445 }
1446
1447 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1448 {
1449         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1450         struct qfq_class *cl;
1451         unsigned int i;
1452
1453         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1454                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1455                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1456                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1457
1458                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1459                 }
1460         }
1461         sch->qstats.backlog = 0;
1462         sch->q.qlen = 0;
1463 }
1464
1465 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1466 {
1467         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1468         struct qfq_class *cl;
1469         struct hlist_node *next;
1470         unsigned int i;
1471
1472         tcf_block_put(q->block);
1473
1474         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1475                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1476                                           common.hnode) {
1477                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1478                 }
1479         }
1480         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1481 }
1482
1483 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1484         .change         = qfq_change_class,
1485         .delete         = qfq_delete_class,
1486         .find           = qfq_search_class,
1487         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1488         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1489         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1490         .graft          = qfq_graft_class,
1491         .leaf           = qfq_class_leaf,
1492         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1493         .dump           = qfq_dump_class,
1494         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1495         .walk           = qfq_walk,
1496 };
1497
1498 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1499         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1500         .id             = "qfq",
1501         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1502         .enqueue        = qfq_enqueue,
1503         .dequeue        = qfq_dequeue,
1504         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1505         .init           = qfq_init_qdisc,
1506         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1507         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1508         .owner          = THIS_MODULE,
1509 };
1510
1511 static int __init qfq_init(void)
1512 {
1513         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1514 }
1515
1516 static void __exit qfq_exit(void)
1517 {
1518         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1519 }
1520
1521 module_init(qfq_init);
1522 module_exit(qfq_exit);
1523 MODULE_LICENSE("GPL");