GNU Linux-libre 4.19.295-gnu1
[releases.git] / net / sched / sch_qfq.c
1 /*
2  * net/sched/sch_qfq.c         Quick Fair Queueing Plus Scheduler.
3  *
4  * Copyright (c) 2009 Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente.
5  * Copyright (c) 2012 Paolo Valente.
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
9  * version 2 as published by the Free Software Foundation.
10  */
11
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <linux/bitops.h>
15 #include <linux/errno.h>
16 #include <linux/netdevice.h>
17 #include <linux/pkt_sched.h>
18 #include <net/sch_generic.h>
19 #include <net/pkt_sched.h>
20 #include <net/pkt_cls.h>
21
22
23 /*  Quick Fair Queueing Plus
24     ========================
25
26     Sources:
27
28     [1] Paolo Valente,
29     "Reducing the Execution Time of Fair-Queueing Schedulers."
30     http://algo.ing.unimo.it/people/paolo/agg-sched/agg-sched.pdf
31
32     Sources for QFQ:
33
34     [2] Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente: "QFQ: Efficient
35     Packet Scheduling with Tight Bandwidth Distribution Guarantees."
36
37     See also:
38     http://retis.sssup.it/~fabio/linux/qfq/
39  */
40
41 /*
42
43   QFQ+ divides classes into aggregates of at most MAX_AGG_CLASSES
44   classes. Each aggregate is timestamped with a virtual start time S
45   and a virtual finish time F, and scheduled according to its
46   timestamps. S and F are computed as a function of a system virtual
47   time function V. The classes within each aggregate are instead
48   scheduled with DRR.
49
50   To speed up operations, QFQ+ divides also aggregates into a limited
51   number of groups. Which group a class belongs to depends on the
52   ratio between the maximum packet length for the class and the weight
53   of the class. Groups have their own S and F. In the end, QFQ+
54   schedules groups, then aggregates within groups, then classes within
55   aggregates. See [1] and [2] for a full description.
56
57   Virtual time computations.
58
59   S, F and V are all computed in fixed point arithmetic with
60   FRAC_BITS decimal bits.
61
62   QFQ_MAX_INDEX is the maximum index allowed for a group. We need
63         one bit per index.
64   QFQ_MAX_WSHIFT is the maximum power of two supported as a weight.
65
66   The layout of the bits is as below:
67
68                    [ MTU_SHIFT ][      FRAC_BITS    ]
69                    [ MAX_INDEX    ][ MIN_SLOT_SHIFT ]
70                                  ^.__grp->index = 0
71                                  *.__grp->slot_shift
72
73   where MIN_SLOT_SHIFT is derived by difference from the others.
74
75   The max group index corresponds to Lmax/w_min, where
76   Lmax=1<<MTU_SHIFT, w_min = 1 .
77   From this, and knowing how many groups (MAX_INDEX) we want,
78   we can derive the shift corresponding to each group.
79
80   Because we often need to compute
81         F = S + len/w_i  and V = V + len/wsum
82   instead of storing w_i store the value
83         inv_w = (1<<FRAC_BITS)/w_i
84   so we can do F = S + len * inv_w * wsum.
85   We use W_TOT in the formulas so we can easily move between
86   static and adaptive weight sum.
87
88   The per-scheduler-instance data contain all the data structures
89   for the scheduler: bitmaps and bucket lists.
90
91  */
92
93 /*
94  * Maximum number of consecutive slots occupied by backlogged classes
95  * inside a group.
96  */
97 #define QFQ_MAX_SLOTS   32
98
99 /*
100  * Shifts used for aggregate<->group mapping.  We allow class weights that are
101  * in the range [1, 2^MAX_WSHIFT], and we try to map each aggregate i to the
102  * group with the smallest index that can support the L_i / r_i configured
103  * for the classes in the aggregate.
104  *
105  * grp->index is the index of the group; and grp->slot_shift
106  * is the shift for the corresponding (scaled) sigma_i.
107  */
108 #define QFQ_MAX_INDEX           24
109 #define QFQ_MAX_WSHIFT          10
110
111 #define QFQ_MAX_WEIGHT          (1<<QFQ_MAX_WSHIFT) /* see qfq_slot_insert */
112 #define QFQ_MAX_WSUM            (64*QFQ_MAX_WEIGHT)
113
114 #define FRAC_BITS               30      /* fixed point arithmetic */
115 #define ONE_FP                  (1UL << FRAC_BITS)
116
117 #define QFQ_MTU_SHIFT           16      /* to support TSO/GSO */
118 #define QFQ_MIN_LMAX            512     /* see qfq_slot_insert */
119
120 #define QFQ_MAX_AGG_CLASSES     8 /* max num classes per aggregate allowed */
121
122 /*
123  * Possible group states.  These values are used as indexes for the bitmaps
124  * array of struct qfq_queue.
125  */
126 enum qfq_state { ER, IR, EB, IB, QFQ_MAX_STATE };
127
128 struct qfq_group;
129
130 struct qfq_aggregate;
131
132 struct qfq_class {
133         struct Qdisc_class_common common;
134
135         unsigned int filter_cnt;
136
137         struct gnet_stats_basic_packed bstats;
138         struct gnet_stats_queue qstats;
139         struct net_rate_estimator __rcu *rate_est;
140         struct Qdisc *qdisc;
141         struct list_head alist;         /* Link for active-classes list. */
142         struct qfq_aggregate *agg;      /* Parent aggregate. */
143         int deficit;                    /* DRR deficit counter. */
144 };
145
146 struct qfq_aggregate {
147         struct hlist_node next; /* Link for the slot list. */
148         u64 S, F;               /* flow timestamps (exact) */
149
150         /* group we belong to. In principle we would need the index,
151          * which is log_2(lmax/weight), but we never reference it
152          * directly, only the group.
153          */
154         struct qfq_group *grp;
155
156         /* these are copied from the flowset. */
157         u32     class_weight; /* Weight of each class in this aggregate. */
158         /* Max pkt size for the classes in this aggregate, DRR quantum. */
159         int     lmax;
160
161         u32     inv_w;      /* ONE_FP/(sum of weights of classes in aggr.). */
162         u32     budgetmax;  /* Max budget for this aggregate. */
163         u32     initial_budget, budget;     /* Initial and current budget. */
164
165         int               num_classes;  /* Number of classes in this aggr. */
166         struct list_head  active;       /* DRR queue of active classes. */
167
168         struct hlist_node nonfull_next; /* See nonfull_aggs in qfq_sched. */
169 };
170
171 struct qfq_group {
172         u64 S, F;                       /* group timestamps (approx). */
173         unsigned int slot_shift;        /* Slot shift. */
174         unsigned int index;             /* Group index. */
175         unsigned int front;             /* Index of the front slot. */
176         unsigned long full_slots;       /* non-empty slots */
177
178         /* Array of RR lists of active aggregates. */
179         struct hlist_head slots[QFQ_MAX_SLOTS];
180 };
181
182 struct qfq_sched {
183         struct tcf_proto __rcu *filter_list;
184         struct tcf_block        *block;
185         struct Qdisc_class_hash clhash;
186
187         u64                     oldV, V;        /* Precise virtual times. */
188         struct qfq_aggregate    *in_serv_agg;   /* Aggregate being served. */
189         u32                     wsum;           /* weight sum */
190         u32                     iwsum;          /* inverse weight sum */
191
192         unsigned long bitmaps[QFQ_MAX_STATE];       /* Group bitmaps. */
193         struct qfq_group groups[QFQ_MAX_INDEX + 1]; /* The groups. */
194         u32 min_slot_shift;     /* Index of the group-0 bit in the bitmaps. */
195
196         u32 max_agg_classes;            /* Max number of classes per aggr. */
197         struct hlist_head nonfull_aggs; /* Aggs with room for more classes. */
198 };
199
200 /*
201  * Possible reasons why the timestamps of an aggregate are updated
202  * enqueue: the aggregate switches from idle to active and must scheduled
203  *          for service
204  * requeue: the aggregate finishes its budget, so it stops being served and
205  *          must be rescheduled for service
206  */
207 enum update_reason {enqueue, requeue};
208
209 static struct qfq_class *qfq_find_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
210 {
211         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
212         struct Qdisc_class_common *clc;
213
214         clc = qdisc_class_find(&q->clhash, classid);
215         if (clc == NULL)
216                 return NULL;
217         return container_of(clc, struct qfq_class, common);
218 }
219
220 static void qfq_purge_queue(struct qfq_class *cl)
221 {
222         unsigned int len = cl->qdisc->q.qlen;
223         unsigned int backlog = cl->qdisc->qstats.backlog;
224
225         qdisc_reset(cl->qdisc);
226         qdisc_tree_reduce_backlog(cl->qdisc, len, backlog);
227 }
228
229 static const struct nla_policy qfq_policy[TCA_QFQ_MAX + 1] = {
230         [TCA_QFQ_WEIGHT] = { .type = NLA_U32 },
231         [TCA_QFQ_LMAX] = { .type = NLA_U32 },
232 };
233
234 /*
235  * Calculate a flow index, given its weight and maximum packet length.
236  * index = log_2(maxlen/weight) but we need to apply the scaling.
237  * This is used only once at flow creation.
238  */
239 static int qfq_calc_index(u32 inv_w, unsigned int maxlen, u32 min_slot_shift)
240 {
241         u64 slot_size = (u64)maxlen * inv_w;
242         unsigned long size_map;
243         int index = 0;
244
245         size_map = slot_size >> min_slot_shift;
246         if (!size_map)
247                 goto out;
248
249         index = __fls(size_map) + 1;    /* basically a log_2 */
250         index -= !(slot_size - (1ULL << (index + min_slot_shift - 1)));
251
252         if (index < 0)
253                 index = 0;
254 out:
255         pr_debug("qfq calc_index: W = %lu, L = %u, I = %d\n",
256                  (unsigned long) ONE_FP/inv_w, maxlen, index);
257
258         return index;
259 }
260
261 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *);
262 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *,
263                              enum update_reason);
264
265 static void qfq_init_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
266                          u32 lmax, u32 weight)
267 {
268         INIT_LIST_HEAD(&agg->active);
269         hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
270
271         agg->lmax = lmax;
272         agg->class_weight = weight;
273 }
274
275 static struct qfq_aggregate *qfq_find_agg(struct qfq_sched *q,
276                                           u32 lmax, u32 weight)
277 {
278         struct qfq_aggregate *agg;
279
280         hlist_for_each_entry(agg, &q->nonfull_aggs, nonfull_next)
281                 if (agg->lmax == lmax && agg->class_weight == weight)
282                         return agg;
283
284         return NULL;
285 }
286
287
288 /* Update aggregate as a function of the new number of classes. */
289 static void qfq_update_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
290                            int new_num_classes)
291 {
292         u32 new_agg_weight;
293
294         if (new_num_classes == q->max_agg_classes)
295                 hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
296
297         if (agg->num_classes > new_num_classes &&
298             new_num_classes == q->max_agg_classes - 1) /* agg no more full */
299                 hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
300
301         /* The next assignment may let
302          * agg->initial_budget > agg->budgetmax
303          * hold, we will take it into account in charge_actual_service().
304          */
305         agg->budgetmax = new_num_classes * agg->lmax;
306         new_agg_weight = agg->class_weight * new_num_classes;
307         agg->inv_w = ONE_FP/new_agg_weight;
308
309         if (agg->grp == NULL) {
310                 int i = qfq_calc_index(agg->inv_w, agg->budgetmax,
311                                        q->min_slot_shift);
312                 agg->grp = &q->groups[i];
313         }
314
315         q->wsum +=
316                 (int) agg->class_weight * (new_num_classes - agg->num_classes);
317         q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
318
319         agg->num_classes = new_num_classes;
320 }
321
322 /* Add class to aggregate. */
323 static void qfq_add_to_agg(struct qfq_sched *q,
324                            struct qfq_aggregate *agg,
325                            struct qfq_class *cl)
326 {
327         cl->agg = agg;
328
329         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes+1);
330         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) { /* adding an active class */
331                 list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
332                 if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) ==
333                     cl && q->in_serv_agg != agg) /* agg was inactive */
334                         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue); /* schedule agg */
335         }
336 }
337
338 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *);
339
340 static void qfq_destroy_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
341 {
342         hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
343         q->wsum -= agg->class_weight;
344         if (q->wsum != 0)
345                 q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
346
347         if (q->in_serv_agg == agg)
348                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
349         kfree(agg);
350 }
351
352 /* Deschedule class from within its parent aggregate. */
353 static void qfq_deactivate_class(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
354 {
355         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
356
357
358         list_del(&cl->alist); /* remove from RR queue of the aggregate */
359         if (list_empty(&agg->active)) /* agg is now inactive */
360                 qfq_deactivate_agg(q, agg);
361 }
362
363 /* Remove class from its parent aggregate. */
364 static void qfq_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
365 {
366         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
367
368         cl->agg = NULL;
369         if (agg->num_classes == 1) { /* agg being emptied, destroy it */
370                 qfq_destroy_agg(q, agg);
371                 return;
372         }
373         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes-1);
374 }
375
376 /* Deschedule class and remove it from its parent aggregate. */
377 static void qfq_deact_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
378 {
379         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) /* class is active */
380                 qfq_deactivate_class(q, cl);
381
382         qfq_rm_from_agg(q, cl);
383 }
384
385 /* Move class to a new aggregate, matching the new class weight and/or lmax */
386 static int qfq_change_agg(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl, u32 weight,
387                            u32 lmax)
388 {
389         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
390         struct qfq_aggregate *new_agg;
391
392         /* 'lmax' can range from [QFQ_MIN_LMAX, pktlen + stab overhead] */
393         if (lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT))
394                 return -EINVAL;
395
396         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
397         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
398                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
399                 if (new_agg == NULL)
400                         return -ENOBUFS;
401                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
402         }
403         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
404         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
405
406         return 0;
407 }
408
409 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
410                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg,
411                             struct netlink_ext_ack *extack)
412 {
413         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
414         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
415         bool existing = false;
416         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
417         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
418         u32 weight, lmax, inv_w;
419         int err;
420         int delta_w;
421
422         if (tca[TCA_OPTIONS] == NULL) {
423                 pr_notice("qfq: no options\n");
424                 return -EINVAL;
425         }
426
427         err = nla_parse_nested(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS], qfq_policy,
428                                NULL);
429         if (err < 0)
430                 return err;
431
432         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT]) {
433                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
434                 if (!weight || weight > (1UL << QFQ_MAX_WSHIFT)) {
435                         pr_notice("qfq: invalid weight %u\n", weight);
436                         return -EINVAL;
437                 }
438         } else
439                 weight = 1;
440
441         if (tb[TCA_QFQ_LMAX])
442                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
443         else
444                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
445
446         if (lmax < QFQ_MIN_LMAX || lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)) {
447                 pr_notice("qfq: invalid max length %u\n", lmax);
448                 return -EINVAL;
449         }
450
451         inv_w = ONE_FP / weight;
452         weight = ONE_FP / inv_w;
453
454         if (cl != NULL &&
455             lmax == cl->agg->lmax &&
456             weight == cl->agg->class_weight)
457                 return 0; /* nothing to change */
458
459         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
460
461         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
462                 pr_notice("qfq: total weight out of range (%d + %u)\n",
463                           delta_w, q->wsum);
464                 return -EINVAL;
465         }
466
467         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
468                 if (tca[TCA_RATE]) {
469                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
470                                                     &cl->rate_est,
471                                                     NULL,
472                                                     qdisc_root_sleeping_running(sch),
473                                                     tca[TCA_RATE]);
474                         if (err)
475                                 return err;
476                 }
477                 existing = true;
478                 goto set_change_agg;
479         }
480
481         /* create and init new class */
482         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
483         if (cl == NULL)
484                 return -ENOBUFS;
485
486         cl->common.classid = classid;
487         cl->deficit = lmax;
488
489         cl->qdisc = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
490                                       classid, NULL);
491         if (cl->qdisc == NULL)
492                 cl->qdisc = &noop_qdisc;
493
494         if (tca[TCA_RATE]) {
495                 err = gen_new_estimator(&cl->bstats, NULL,
496                                         &cl->rate_est,
497                                         NULL,
498                                         qdisc_root_sleeping_running(sch),
499                                         tca[TCA_RATE]);
500                 if (err)
501                         goto destroy_class;
502         }
503
504         if (cl->qdisc != &noop_qdisc)
505                 qdisc_hash_add(cl->qdisc, true);
506
507 set_change_agg:
508         sch_tree_lock(sch);
509         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
510         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
511                 sch_tree_unlock(sch);
512                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
513                 if (new_agg == NULL) {
514                         err = -ENOBUFS;
515                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
516                         goto destroy_class;
517                 }
518                 sch_tree_lock(sch);
519                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
520         }
521         if (existing)
522                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
523         else
524                 qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
525         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
526         sch_tree_unlock(sch);
527         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
528
529         *arg = (unsigned long)cl;
530         return 0;
531
532 destroy_class:
533         qdisc_put(cl->qdisc);
534         kfree(cl);
535         return err;
536 }
537
538 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
539 {
540         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
541
542         qfq_rm_from_agg(q, cl);
543         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
544         qdisc_put(cl->qdisc);
545         kfree(cl);
546 }
547
548 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
549 {
550         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
551         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
552
553         if (cl->filter_cnt > 0)
554                 return -EBUSY;
555
556         sch_tree_lock(sch);
557
558         qfq_purge_queue(cl);
559         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
560
561         sch_tree_unlock(sch);
562
563         qfq_destroy_class(sch, cl);
564         return 0;
565 }
566
567 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
568 {
569         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
570 }
571
572 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
573                                        struct netlink_ext_ack *extack)
574 {
575         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
576
577         if (cl)
578                 return NULL;
579
580         return q->block;
581 }
582
583 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
584                                   u32 classid)
585 {
586         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
587
588         if (cl != NULL)
589                 cl->filter_cnt++;
590
591         return (unsigned long)cl;
592 }
593
594 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
595 {
596         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
597
598         cl->filter_cnt--;
599 }
600
601 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
602                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old,
603                            struct netlink_ext_ack *extack)
604 {
605         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
606
607         if (new == NULL) {
608                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
609                                         cl->common.classid, NULL);
610                 if (new == NULL)
611                         new = &noop_qdisc;
612         }
613
614         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
615         return 0;
616 }
617
618 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
619 {
620         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
621
622         return cl->qdisc;
623 }
624
625 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
626                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
627 {
628         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
629         struct nlattr *nest;
630
631         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
632         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
633         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
634
635         nest = nla_nest_start(skb, TCA_OPTIONS);
636         if (nest == NULL)
637                 goto nla_put_failure;
638         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
639             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
640                 goto nla_put_failure;
641         return nla_nest_end(skb, nest);
642
643 nla_put_failure:
644         nla_nest_cancel(skb, nest);
645         return -EMSGSIZE;
646 }
647
648 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
649                                 struct gnet_dump *d)
650 {
651         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
652         struct tc_qfq_stats xstats;
653
654         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
655
656         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
657         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
658
659         if (gnet_stats_copy_basic(qdisc_root_sleeping_running(sch),
660                                   d, NULL, &cl->bstats) < 0 ||
661             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
662             gnet_stats_copy_queue(d, NULL,
663                                   &cl->qdisc->qstats, cl->qdisc->q.qlen) < 0)
664                 return -1;
665
666         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
667 }
668
669 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
670 {
671         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
672         struct qfq_class *cl;
673         unsigned int i;
674
675         if (arg->stop)
676                 return;
677
678         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
679                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
680                         if (arg->count < arg->skip) {
681                                 arg->count++;
682                                 continue;
683                         }
684                         if (arg->fn(sch, (unsigned long)cl, arg) < 0) {
685                                 arg->stop = 1;
686                                 return;
687                         }
688                         arg->count++;
689                 }
690         }
691 }
692
693 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
694                                       int *qerr)
695 {
696         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
697         struct qfq_class *cl;
698         struct tcf_result res;
699         struct tcf_proto *fl;
700         int result;
701
702         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
703                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
704                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
705                 if (cl != NULL)
706                         return cl;
707         }
708
709         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
710         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
711         result = tcf_classify(skb, fl, &res, false);
712         if (result >= 0) {
713 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
714                 switch (result) {
715                 case TC_ACT_QUEUED:
716                 case TC_ACT_STOLEN:
717                 case TC_ACT_TRAP:
718                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
719                         /* fall through */
720                 case TC_ACT_SHOT:
721                         return NULL;
722                 }
723 #endif
724                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
725                 if (cl == NULL)
726                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
727                 return cl;
728         }
729
730         return NULL;
731 }
732
733 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
734 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
735 {
736         return (s64)(a - b) > 0;
737 }
738
739 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
740 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
741 {
742         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
743 }
744
745 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
746 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
747                                         unsigned long bitmap)
748 {
749         int index = __ffs(bitmap);
750         return &q->groups[index];
751 }
752 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
753 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
754 {
755         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
756 }
757
758 /*
759  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
760  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
761  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
762  */
763 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
764 {
765         /* if S > V we are not eligible */
766         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
767         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
768         struct qfq_group *next;
769
770         if (mask) {
771                 next = qfq_ffs(q, mask);
772                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
773                         state |= EB;
774         }
775
776         return state;
777 }
778
779
780 /*
781  * In principle
782  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
783  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
784  * but we should make sure that src != dst
785  */
786 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
787                                    int src, int dst)
788 {
789         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
790         q->bitmaps[src] &= ~mask;
791 }
792
793 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
794 {
795         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
796         struct qfq_group *next;
797
798         if (mask) {
799                 next = qfq_ffs(q, mask);
800                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
801                         return;
802         }
803
804         mask = (1UL << index) - 1;
805         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
806         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
807 }
808
809 /*
810  * perhaps
811  *
812         old_V ^= q->V;
813         old_V >>= q->min_slot_shift;
814         if (old_V) {
815                 ...
816         }
817  *
818  */
819 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
820 {
821         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
822         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
823
824         if (vslot != old_vslot) {
825                 unsigned long mask;
826                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
827
828                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
829                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
830                 else
831                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
832
833                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
834                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
835         }
836 }
837
838 /*
839  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
840  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
841  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
842  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
843  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
844  * position.
845  *
846  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
847  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
848  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
849  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
850  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
851  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
852  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
853  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
854  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
855  * if the parameters of some class are changed.
856  *
857  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
858  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
859  * 2 +
860  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
861  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
862  *
863  * The following function deals with this problem by backward-shifting
864  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
865  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
866  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
867  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
868  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
869  * would have been even lower than they are after the backward shift,
870  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
871  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
872  * service is postponed because of the backward-shift would have
873  * however waited for the service of agg before being served.
874  *
875  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
876  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
877  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
878  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
879  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
880  * activated. The activation of this aggregate should be properly
881  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
882  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
883  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
884  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
885  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
886  * of these unlucky aggregates.
887  *
888  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
889  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
890  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
891  * of a class.
892  */
893 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
894                             u64 roundedS)
895 {
896         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
897         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
898
899         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
900                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
901                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
902                 agg->S -= deltaS;
903                 agg->F -= deltaS;
904                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
905         }
906
907         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
908
909         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
910         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
911 }
912
913 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
914 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
915 {
916         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
917                            struct qfq_aggregate, next);
918 }
919
920 /*
921  * remove the entry from the slot
922  */
923 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
924 {
925         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
926
927         BUG_ON(!agg);
928         hlist_del(&agg->next);
929         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
930                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
931 }
932
933 /*
934  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
935  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
936  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
937  */
938 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
939 {
940         unsigned int i;
941
942         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
943                  grp->index, grp->full_slots);
944
945         if (grp->full_slots == 0)
946                 return NULL;
947
948         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
949         if (i > 0) {
950                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
951                 grp->full_slots >>= i;
952         }
953
954         return qfq_slot_head(grp);
955 }
956
957 /*
958  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
959  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
960  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
961  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
962  * This covers decreases in the group's start time, but what about
963  * increases of the start time ?
964  * Here too we should make sure that i is less than 32
965  */
966 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
967 {
968         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
969
970         grp->full_slots <<= i;
971         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
972 }
973
974 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
975 {
976         struct qfq_group *grp;
977         unsigned long ineligible;
978
979         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
980         if (ineligible) {
981                 if (!q->bitmaps[ER]) {
982                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
983                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
984                                 q->V = grp->S;
985                 }
986                 qfq_make_eligible(q);
987         }
988 }
989
990 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
991 static struct sk_buff *agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
992                                    struct qfq_class *cl, unsigned int len)
993 {
994         struct sk_buff *skb = qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
995
996         if (!skb)
997                 return NULL;
998
999         cl->deficit -= (int) len;
1000
1001         if (cl->qdisc->q.qlen == 0) /* no more packets, remove from list */
1002                 list_del(&cl->alist);
1003         else if (cl->deficit < qdisc_pkt_len(cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc))) {
1004                 cl->deficit += agg->lmax;
1005                 list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1006         }
1007
1008         return skb;
1009 }
1010
1011 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
1012                                            struct qfq_class **cl,
1013                                            unsigned int *len)
1014 {
1015         struct sk_buff *skb;
1016
1017         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
1018         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
1019         if (skb == NULL)
1020                 WARN_ONCE(1, "qfq_dequeue: non-workconserving leaf\n");
1021         else
1022                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
1023
1024         return skb;
1025 }
1026
1027 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
1028 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
1029 {
1030         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1031          * account that, after decreasing the number of classes in
1032          * agg, it may happen that
1033          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1034          */
1035         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1036                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1037
1038         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1039 }
1040
1041 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1042  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1043  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1044  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1045  *
1046  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1047  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1048  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1049  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1050  * We are guaranteed not to move S backward because
1051  * otherwise our group i would still be blocked.
1052  */
1053 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1054 {
1055         unsigned long mask;
1056         u64 limit, roundedF;
1057         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1058
1059         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1060         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1061
1062         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1063                 /* timestamp was stale */
1064                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1065                 if (mask) {
1066                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1067                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1068                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1069                                         agg->S = next->F;
1070                                 else /* preserve timestamp correctness */
1071                                         agg->S = limit;
1072                                 return;
1073                         }
1074                 }
1075                 agg->S = q->V;
1076         } else  /* timestamp is not stale */
1077                 agg->S = agg->F;
1078 }
1079
1080 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1081  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1082  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1083  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1084  */
1085 static inline void
1086 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1087                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1088 {
1089         if (reason != requeue)
1090                 qfq_update_start(q, agg);
1091         else /* just charge agg for the service received */
1092                 agg->S = agg->F;
1093
1094         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1095 }
1096
1097 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1098
1099 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1100 {
1101         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1102         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1103         struct qfq_class *cl;
1104         struct sk_buff *skb = NULL;
1105         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1106         unsigned int len = 0;
1107
1108         if (in_serv_agg == NULL)
1109                 return NULL;
1110
1111         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1112                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1113
1114         /*
1115          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1116          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1117          * class, then choose the next aggregate to serve.
1118          */
1119         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1120                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1121
1122                 /* recharge the budget of the aggregate */
1123                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1124                         in_serv_agg->budgetmax;
1125
1126                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1127                         /*
1128                          * Still active: reschedule for
1129                          * service. Possible optimization: if no other
1130                          * aggregate is active, then there is no point
1131                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1132                          * just keep it as the in-service one. This
1133                          * should be however a corner case, and to
1134                          * handle it, we would need to maintain an
1135                          * extra num_active_aggs field.
1136                         */
1137                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1138                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1139                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1140                         q->in_serv_agg = NULL;
1141                         return NULL;
1142                 }
1143
1144                 /*
1145                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1146                  * choose the new aggregate to serve.
1147                  */
1148                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1149                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1150         }
1151         if (!skb)
1152                 return NULL;
1153
1154         sch->q.qlen--;
1155
1156         skb = agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1157
1158         if (!skb) {
1159                 sch->q.qlen++;
1160                 return NULL;
1161         }
1162
1163         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1164         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1165
1166         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1167          * owning pending packets with larger size than the new value
1168          * of lmax, then the following condition may hold.
1169          */
1170         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1171                 in_serv_agg->budget = 0;
1172         else
1173                 in_serv_agg->budget -= len;
1174
1175         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1176         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1177                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1178                  (unsigned long long) q->V);
1179
1180         return skb;
1181 }
1182
1183 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1184 {
1185         struct qfq_group *grp;
1186         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1187         u64 old_F;
1188
1189         qfq_update_eligible(q);
1190         q->oldV = q->V;
1191
1192         if (!q->bitmaps[ER])
1193                 return NULL;
1194
1195         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1196         old_F = grp->F;
1197
1198         agg = qfq_slot_head(grp);
1199
1200         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1201         qfq_front_slot_remove(grp);
1202
1203         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1204
1205         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1206                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1207         else {
1208                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1209                                               grp->slot_shift);
1210                 unsigned int s;
1211
1212                 if (grp->S == roundedS)
1213                         return agg;
1214                 grp->S = roundedS;
1215                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1216                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1217                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1218                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1219         }
1220
1221         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1222
1223         return agg;
1224 }
1225
1226 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1227                        struct sk_buff **to_free)
1228 {
1229         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1230         struct qfq_class *cl;
1231         struct qfq_aggregate *agg;
1232         int err = 0;
1233
1234         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1235         if (cl == NULL) {
1236                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1237                         qdisc_qstats_drop(sch);
1238                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1239                 return err;
1240         }
1241         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1242
1243         if (unlikely(cl->agg->lmax < qdisc_pkt_len(skb))) {
1244                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1245                          cl->agg->lmax, qdisc_pkt_len(skb), cl->common.classid);
1246                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight,
1247                                      qdisc_pkt_len(skb));
1248                 if (err) {
1249                         cl->qstats.drops++;
1250                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1251                 }
1252         }
1253
1254         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1255         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1256                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1257                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1258                         cl->qstats.drops++;
1259                         qdisc_qstats_drop(sch);
1260                 }
1261                 return err;
1262         }
1263
1264         bstats_update(&cl->bstats, skb);
1265         qdisc_qstats_backlog_inc(sch, skb);
1266         ++sch->q.qlen;
1267
1268         agg = cl->agg;
1269         /* if the queue was not empty, then done here */
1270         if (cl->qdisc->q.qlen != 1) {
1271                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1272                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1273                     == cl && cl->deficit < qdisc_pkt_len(skb))
1274                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1275
1276                 return err;
1277         }
1278
1279         /* schedule class for service within the aggregate */
1280         cl->deficit = agg->lmax;
1281         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1282
1283         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1284             q->in_serv_agg == agg)
1285                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1286
1287         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1288
1289         return err;
1290 }
1291
1292 /*
1293  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1294  */
1295 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1296 {
1297         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1298         u64 roundedS;
1299         int s;
1300
1301         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1302
1303         /*
1304          * Insert agg in the correct bucket.
1305          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1306          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1307          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1308          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1309          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1310          * was in ER make sure to adjust V.
1311          */
1312         if (grp->full_slots) {
1313                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1314                         goto skip_update;
1315
1316                 /* create a slot for this agg->S */
1317                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1318                 /* group was surely ineligible, remove */
1319                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1320                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1321         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1322                    q->in_serv_agg == NULL)
1323                 q->V = roundedS;
1324
1325         grp->S = roundedS;
1326         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1327         s = qfq_calc_state(q, grp);
1328         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1329
1330         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1331                  s, q->bitmaps[s],
1332                  (unsigned long long) agg->S,
1333                  (unsigned long long) agg->F,
1334                  (unsigned long long) q->V);
1335
1336 skip_update:
1337         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1338 }
1339
1340
1341 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1342 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1343                              enum update_reason reason)
1344 {
1345         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1346
1347         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1348         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1349                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1350                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1351                 q->oldV = q->V = agg->S;
1352         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1353                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1354 }
1355
1356 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1357                             struct qfq_aggregate *agg)
1358 {
1359         unsigned int i, offset;
1360         u64 roundedS;
1361
1362         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1363         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1364
1365         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1366
1367         hlist_del(&agg->next);
1368         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1369                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1370 }
1371
1372 /*
1373  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1374  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1375  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1376  * side effects.
1377  * Otherwise we must propagate the event up.
1378  */
1379 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1380 {
1381         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1382         unsigned long mask;
1383         u64 roundedS;
1384         int s;
1385
1386         if (agg == q->in_serv_agg) {
1387                 charge_actual_service(agg);
1388                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1389                 return;
1390         }
1391
1392         agg->F = agg->S;
1393         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1394
1395         if (!grp->full_slots) {
1396                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1397                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1398                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1399
1400                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1401                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1402                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1403                         if (mask)
1404                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1405                         else
1406                                 mask = ~0UL;
1407                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1408                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1409                 }
1410                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1411         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1412                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1413                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1414                 if (grp->S != roundedS) {
1415                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1416                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1417                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1418                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1419                         grp->S = roundedS;
1420                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1421                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1422                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1423                 }
1424         }
1425 }
1426
1427 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1428 {
1429         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1430         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1431
1432         qfq_deactivate_class(q, cl);
1433 }
1434
1435 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1436                           struct netlink_ext_ack *extack)
1437 {
1438         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1439         struct qfq_group *grp;
1440         int i, j, err;
1441         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1442
1443         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list, sch, extack);
1444         if (err)
1445                 return err;
1446
1447         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1448         if (err < 0)
1449                 return err;
1450
1451         max_classes = min_t(u64, (u64)qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1,
1452                             QFQ_MAX_AGG_CLASSES);
1453         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1454         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1455         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1456
1457         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1458         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1459         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1460
1461         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1462                 grp = &q->groups[i];
1463                 grp->index = i;
1464                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1465                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1466                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1467         }
1468
1469         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1470
1471         return 0;
1472 }
1473
1474 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1475 {
1476         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1477         struct qfq_class *cl;
1478         unsigned int i;
1479
1480         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1481                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1482                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1483                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1484
1485                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1486                 }
1487         }
1488         sch->qstats.backlog = 0;
1489         sch->q.qlen = 0;
1490 }
1491
1492 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1493 {
1494         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1495         struct qfq_class *cl;
1496         struct hlist_node *next;
1497         unsigned int i;
1498
1499         tcf_block_put(q->block);
1500
1501         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1502                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1503                                           common.hnode) {
1504                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1505                 }
1506         }
1507         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1508 }
1509
1510 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1511         .change         = qfq_change_class,
1512         .delete         = qfq_delete_class,
1513         .find           = qfq_search_class,
1514         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1515         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1516         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1517         .graft          = qfq_graft_class,
1518         .leaf           = qfq_class_leaf,
1519         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1520         .dump           = qfq_dump_class,
1521         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1522         .walk           = qfq_walk,
1523 };
1524
1525 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1526         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1527         .id             = "qfq",
1528         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1529         .enqueue        = qfq_enqueue,
1530         .dequeue        = qfq_dequeue,
1531         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1532         .init           = qfq_init_qdisc,
1533         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1534         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1535         .owner          = THIS_MODULE,
1536 };
1537
1538 static int __init qfq_init(void)
1539 {
1540         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1541 }
1542
1543 static void __exit qfq_exit(void)
1544 {
1545         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1546 }
1547
1548 module_init(qfq_init);
1549 module_exit(qfq_exit);
1550 MODULE_LICENSE("GPL");