GNU Linux-libre 5.4.257-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;
379
380         /* 'lmax' can range from [QFQ_MIN_LMAX, pktlen + stab overhead] */
381         if (lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT))
382                 return -EINVAL;
383
384         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
385         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
386                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
387                 if (new_agg == NULL)
388                         return -ENOBUFS;
389                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
390         }
391         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
392         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
393
394         return 0;
395 }
396
397 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
398                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg,
399                             struct netlink_ext_ack *extack)
400 {
401         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
402         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
403         bool existing = false;
404         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
405         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
406         u32 weight, lmax, inv_w;
407         int err;
408         int delta_w;
409
410         if (tca[TCA_OPTIONS] == NULL) {
411                 pr_notice("qfq: no options\n");
412                 return -EINVAL;
413         }
414
415         err = nla_parse_nested_deprecated(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS],
416                                           qfq_policy, NULL);
417         if (err < 0)
418                 return err;
419
420         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT]) {
421                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
422                 if (!weight || weight > (1UL << QFQ_MAX_WSHIFT)) {
423                         pr_notice("qfq: invalid weight %u\n", weight);
424                         return -EINVAL;
425                 }
426         } else
427                 weight = 1;
428
429         if (tb[TCA_QFQ_LMAX])
430                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
431         else
432                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
433
434         if (lmax < QFQ_MIN_LMAX || lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)) {
435                 pr_notice("qfq: invalid max length %u\n", lmax);
436                 return -EINVAL;
437         }
438
439         inv_w = ONE_FP / weight;
440         weight = ONE_FP / inv_w;
441
442         if (cl != NULL &&
443             lmax == cl->agg->lmax &&
444             weight == cl->agg->class_weight)
445                 return 0; /* nothing to change */
446
447         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
448
449         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
450                 pr_notice("qfq: total weight out of range (%d + %u)\n",
451                           delta_w, q->wsum);
452                 return -EINVAL;
453         }
454
455         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
456                 if (tca[TCA_RATE]) {
457                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
458                                                     &cl->rate_est,
459                                                     NULL,
460                                                     qdisc_root_sleeping_running(sch),
461                                                     tca[TCA_RATE]);
462                         if (err)
463                                 return err;
464                 }
465                 existing = true;
466                 goto set_change_agg;
467         }
468
469         /* create and init new class */
470         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
471         if (cl == NULL)
472                 return -ENOBUFS;
473
474         cl->common.classid = classid;
475         cl->deficit = lmax;
476
477         cl->qdisc = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
478                                       classid, NULL);
479         if (cl->qdisc == NULL)
480                 cl->qdisc = &noop_qdisc;
481
482         if (tca[TCA_RATE]) {
483                 err = gen_new_estimator(&cl->bstats, NULL,
484                                         &cl->rate_est,
485                                         NULL,
486                                         qdisc_root_sleeping_running(sch),
487                                         tca[TCA_RATE]);
488                 if (err)
489                         goto destroy_class;
490         }
491
492         if (cl->qdisc != &noop_qdisc)
493                 qdisc_hash_add(cl->qdisc, true);
494
495 set_change_agg:
496         sch_tree_lock(sch);
497         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
498         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
499                 sch_tree_unlock(sch);
500                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
501                 if (new_agg == NULL) {
502                         err = -ENOBUFS;
503                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
504                         goto destroy_class;
505                 }
506                 sch_tree_lock(sch);
507                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
508         }
509         if (existing)
510                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
511         else
512                 qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
513         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
514         sch_tree_unlock(sch);
515         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
516
517         *arg = (unsigned long)cl;
518         return 0;
519
520 destroy_class:
521         qdisc_put(cl->qdisc);
522         kfree(cl);
523         return err;
524 }
525
526 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
527 {
528         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
529
530         qfq_rm_from_agg(q, cl);
531         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
532         qdisc_put(cl->qdisc);
533         kfree(cl);
534 }
535
536 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
537 {
538         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
539         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
540
541         if (cl->filter_cnt > 0)
542                 return -EBUSY;
543
544         sch_tree_lock(sch);
545
546         qdisc_purge_queue(cl->qdisc);
547         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
548
549         sch_tree_unlock(sch);
550
551         qfq_destroy_class(sch, cl);
552         return 0;
553 }
554
555 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
556 {
557         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
558 }
559
560 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
561                                        struct netlink_ext_ack *extack)
562 {
563         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
564
565         if (cl)
566                 return NULL;
567
568         return q->block;
569 }
570
571 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
572                                   u32 classid)
573 {
574         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
575
576         if (cl != NULL)
577                 cl->filter_cnt++;
578
579         return (unsigned long)cl;
580 }
581
582 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
583 {
584         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
585
586         cl->filter_cnt--;
587 }
588
589 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
590                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old,
591                            struct netlink_ext_ack *extack)
592 {
593         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
594
595         if (new == NULL) {
596                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
597                                         cl->common.classid, NULL);
598                 if (new == NULL)
599                         new = &noop_qdisc;
600         }
601
602         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
603         return 0;
604 }
605
606 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
607 {
608         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
609
610         return cl->qdisc;
611 }
612
613 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
614                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
615 {
616         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
617         struct nlattr *nest;
618
619         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
620         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
621         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
622
623         nest = nla_nest_start_noflag(skb, TCA_OPTIONS);
624         if (nest == NULL)
625                 goto nla_put_failure;
626         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
627             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
628                 goto nla_put_failure;
629         return nla_nest_end(skb, nest);
630
631 nla_put_failure:
632         nla_nest_cancel(skb, nest);
633         return -EMSGSIZE;
634 }
635
636 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
637                                 struct gnet_dump *d)
638 {
639         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
640         struct tc_qfq_stats xstats;
641
642         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
643
644         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
645         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
646
647         if (gnet_stats_copy_basic(qdisc_root_sleeping_running(sch),
648                                   d, NULL, &cl->bstats) < 0 ||
649             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
650             qdisc_qstats_copy(d, cl->qdisc) < 0)
651                 return -1;
652
653         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
654 }
655
656 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
657 {
658         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
659         struct qfq_class *cl;
660         unsigned int i;
661
662         if (arg->stop)
663                 return;
664
665         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
666                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
667                         if (arg->count < arg->skip) {
668                                 arg->count++;
669                                 continue;
670                         }
671                         if (arg->fn(sch, (unsigned long)cl, arg) < 0) {
672                                 arg->stop = 1;
673                                 return;
674                         }
675                         arg->count++;
676                 }
677         }
678 }
679
680 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
681                                       int *qerr)
682 {
683         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
684         struct qfq_class *cl;
685         struct tcf_result res;
686         struct tcf_proto *fl;
687         int result;
688
689         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
690                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
691                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
692                 if (cl != NULL)
693                         return cl;
694         }
695
696         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
697         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
698         result = tcf_classify(skb, fl, &res, false);
699         if (result >= 0) {
700 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
701                 switch (result) {
702                 case TC_ACT_QUEUED:
703                 case TC_ACT_STOLEN:
704                 case TC_ACT_TRAP:
705                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
706                         /* fall through */
707                 case TC_ACT_SHOT:
708                         return NULL;
709                 }
710 #endif
711                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
712                 if (cl == NULL)
713                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
714                 return cl;
715         }
716
717         return NULL;
718 }
719
720 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
721 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
722 {
723         return (s64)(a - b) > 0;
724 }
725
726 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
727 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
728 {
729         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
730 }
731
732 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
733 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
734                                         unsigned long bitmap)
735 {
736         int index = __ffs(bitmap);
737         return &q->groups[index];
738 }
739 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
740 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
741 {
742         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
743 }
744
745 /*
746  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
747  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
748  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
749  */
750 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
751 {
752         /* if S > V we are not eligible */
753         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
754         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
755         struct qfq_group *next;
756
757         if (mask) {
758                 next = qfq_ffs(q, mask);
759                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
760                         state |= EB;
761         }
762
763         return state;
764 }
765
766
767 /*
768  * In principle
769  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
770  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
771  * but we should make sure that src != dst
772  */
773 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
774                                    int src, int dst)
775 {
776         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
777         q->bitmaps[src] &= ~mask;
778 }
779
780 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
781 {
782         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
783         struct qfq_group *next;
784
785         if (mask) {
786                 next = qfq_ffs(q, mask);
787                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
788                         return;
789         }
790
791         mask = (1UL << index) - 1;
792         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
793         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
794 }
795
796 /*
797  * perhaps
798  *
799         old_V ^= q->V;
800         old_V >>= q->min_slot_shift;
801         if (old_V) {
802                 ...
803         }
804  *
805  */
806 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
807 {
808         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
809         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
810
811         if (vslot != old_vslot) {
812                 unsigned long mask;
813                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
814
815                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
816                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
817                 else
818                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
819
820                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
821                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
822         }
823 }
824
825 /*
826  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
827  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
828  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
829  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
830  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
831  * position.
832  *
833  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
834  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
835  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
836  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
837  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
838  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
839  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
840  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
841  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
842  * if the parameters of some class are changed.
843  *
844  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
845  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
846  * 2 +
847  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
848  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
849  *
850  * The following function deals with this problem by backward-shifting
851  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
852  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
853  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
854  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
855  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
856  * would have been even lower than they are after the backward shift,
857  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
858  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
859  * service is postponed because of the backward-shift would have
860  * however waited for the service of agg before being served.
861  *
862  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
863  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
864  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
865  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
866  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
867  * activated. The activation of this aggregate should be properly
868  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
869  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
870  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
871  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
872  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
873  * of these unlucky aggregates.
874  *
875  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
876  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
877  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
878  * of a class.
879  */
880 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
881                             u64 roundedS)
882 {
883         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
884         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
885
886         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
887                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
888                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
889                 agg->S -= deltaS;
890                 agg->F -= deltaS;
891                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
892         }
893
894         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
895
896         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
897         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
898 }
899
900 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
901 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
902 {
903         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
904                            struct qfq_aggregate, next);
905 }
906
907 /*
908  * remove the entry from the slot
909  */
910 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
911 {
912         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
913
914         BUG_ON(!agg);
915         hlist_del(&agg->next);
916         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
917                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
918 }
919
920 /*
921  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
922  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
923  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
924  */
925 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
926 {
927         unsigned int i;
928
929         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
930                  grp->index, grp->full_slots);
931
932         if (grp->full_slots == 0)
933                 return NULL;
934
935         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
936         if (i > 0) {
937                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
938                 grp->full_slots >>= i;
939         }
940
941         return qfq_slot_head(grp);
942 }
943
944 /*
945  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
946  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
947  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
948  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
949  * This covers decreases in the group's start time, but what about
950  * increases of the start time ?
951  * Here too we should make sure that i is less than 32
952  */
953 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
954 {
955         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
956
957         grp->full_slots <<= i;
958         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
959 }
960
961 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
962 {
963         struct qfq_group *grp;
964         unsigned long ineligible;
965
966         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
967         if (ineligible) {
968                 if (!q->bitmaps[ER]) {
969                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
970                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
971                                 q->V = grp->S;
972                 }
973                 qfq_make_eligible(q);
974         }
975 }
976
977 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
978 static struct sk_buff *agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
979                                    struct qfq_class *cl, unsigned int len)
980 {
981         struct sk_buff *skb = qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
982
983         if (!skb)
984                 return NULL;
985
986         cl->deficit -= (int) len;
987
988         if (cl->qdisc->q.qlen == 0) /* no more packets, remove from list */
989                 list_del(&cl->alist);
990         else if (cl->deficit < qdisc_pkt_len(cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc))) {
991                 cl->deficit += agg->lmax;
992                 list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
993         }
994
995         return skb;
996 }
997
998 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
999                                            struct qfq_class **cl,
1000                                            unsigned int *len)
1001 {
1002         struct sk_buff *skb;
1003
1004         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
1005         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
1006         if (skb == NULL)
1007                 WARN_ONCE(1, "qfq_dequeue: non-workconserving leaf\n");
1008         else
1009                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
1010
1011         return skb;
1012 }
1013
1014 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
1015 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
1016 {
1017         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1018          * account that, after decreasing the number of classes in
1019          * agg, it may happen that
1020          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1021          */
1022         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1023                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1024
1025         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1026 }
1027
1028 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1029  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1030  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1031  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1032  *
1033  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1034  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1035  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1036  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1037  * We are guaranteed not to move S backward because
1038  * otherwise our group i would still be blocked.
1039  */
1040 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1041 {
1042         unsigned long mask;
1043         u64 limit, roundedF;
1044         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1045
1046         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1047         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1048
1049         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1050                 /* timestamp was stale */
1051                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1052                 if (mask) {
1053                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1054                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1055                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1056                                         agg->S = next->F;
1057                                 else /* preserve timestamp correctness */
1058                                         agg->S = limit;
1059                                 return;
1060                         }
1061                 }
1062                 agg->S = q->V;
1063         } else  /* timestamp is not stale */
1064                 agg->S = agg->F;
1065 }
1066
1067 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1068  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1069  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1070  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1071  */
1072 static inline void
1073 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1074                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1075 {
1076         if (reason != requeue)
1077                 qfq_update_start(q, agg);
1078         else /* just charge agg for the service received */
1079                 agg->S = agg->F;
1080
1081         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1082 }
1083
1084 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1085
1086 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1087 {
1088         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1089         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1090         struct qfq_class *cl;
1091         struct sk_buff *skb = NULL;
1092         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1093         unsigned int len = 0;
1094
1095         if (in_serv_agg == NULL)
1096                 return NULL;
1097
1098         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1099                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1100
1101         /*
1102          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1103          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1104          * class, then choose the next aggregate to serve.
1105          */
1106         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1107                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1108
1109                 /* recharge the budget of the aggregate */
1110                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1111                         in_serv_agg->budgetmax;
1112
1113                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1114                         /*
1115                          * Still active: reschedule for
1116                          * service. Possible optimization: if no other
1117                          * aggregate is active, then there is no point
1118                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1119                          * just keep it as the in-service one. This
1120                          * should be however a corner case, and to
1121                          * handle it, we would need to maintain an
1122                          * extra num_active_aggs field.
1123                         */
1124                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1125                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1126                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1127                         q->in_serv_agg = NULL;
1128                         return NULL;
1129                 }
1130
1131                 /*
1132                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1133                  * choose the new aggregate to serve.
1134                  */
1135                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1136                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1137         }
1138         if (!skb)
1139                 return NULL;
1140
1141         sch->q.qlen--;
1142
1143         skb = agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1144
1145         if (!skb) {
1146                 sch->q.qlen++;
1147                 return NULL;
1148         }
1149
1150         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1151         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1152
1153         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1154          * owning pending packets with larger size than the new value
1155          * of lmax, then the following condition may hold.
1156          */
1157         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1158                 in_serv_agg->budget = 0;
1159         else
1160                 in_serv_agg->budget -= len;
1161
1162         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1163         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1164                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1165                  (unsigned long long) q->V);
1166
1167         return skb;
1168 }
1169
1170 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1171 {
1172         struct qfq_group *grp;
1173         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1174         u64 old_F;
1175
1176         qfq_update_eligible(q);
1177         q->oldV = q->V;
1178
1179         if (!q->bitmaps[ER])
1180                 return NULL;
1181
1182         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1183         old_F = grp->F;
1184
1185         agg = qfq_slot_head(grp);
1186
1187         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1188         qfq_front_slot_remove(grp);
1189
1190         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1191
1192         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1193                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1194         else {
1195                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1196                                               grp->slot_shift);
1197                 unsigned int s;
1198
1199                 if (grp->S == roundedS)
1200                         return agg;
1201                 grp->S = roundedS;
1202                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1203                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1204                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1205                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1206         }
1207
1208         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1209
1210         return agg;
1211 }
1212
1213 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1214                        struct sk_buff **to_free)
1215 {
1216         unsigned int len = qdisc_pkt_len(skb), gso_segs;
1217         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1218         struct qfq_class *cl;
1219         struct qfq_aggregate *agg;
1220         int err = 0;
1221         bool first;
1222
1223         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1224         if (cl == NULL) {
1225                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1226                         qdisc_qstats_drop(sch);
1227                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1228                 return err;
1229         }
1230         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1231
1232         if (unlikely(cl->agg->lmax < len)) {
1233                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1234                          cl->agg->lmax, len, cl->common.classid);
1235                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight, len);
1236                 if (err) {
1237                         cl->qstats.drops++;
1238                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1239                 }
1240         }
1241
1242         gso_segs = skb_is_gso(skb) ? skb_shinfo(skb)->gso_segs : 1;
1243         first = !cl->qdisc->q.qlen;
1244         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1245         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1246                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1247                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1248                         cl->qstats.drops++;
1249                         qdisc_qstats_drop(sch);
1250                 }
1251                 return err;
1252         }
1253
1254         cl->bstats.bytes += len;
1255         cl->bstats.packets += gso_segs;
1256         sch->qstats.backlog += len;
1257         ++sch->q.qlen;
1258
1259         agg = cl->agg;
1260         /* if the queue was not empty, then done here */
1261         if (!first) {
1262                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1263                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1264                     == cl && cl->deficit < len)
1265                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1266
1267                 return err;
1268         }
1269
1270         /* schedule class for service within the aggregate */
1271         cl->deficit = agg->lmax;
1272         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1273
1274         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1275             q->in_serv_agg == agg)
1276                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1277
1278         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1279
1280         return err;
1281 }
1282
1283 /*
1284  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1285  */
1286 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1287 {
1288         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1289         u64 roundedS;
1290         int s;
1291
1292         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1293
1294         /*
1295          * Insert agg in the correct bucket.
1296          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1297          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1298          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1299          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1300          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1301          * was in ER make sure to adjust V.
1302          */
1303         if (grp->full_slots) {
1304                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1305                         goto skip_update;
1306
1307                 /* create a slot for this agg->S */
1308                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1309                 /* group was surely ineligible, remove */
1310                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1311                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1312         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1313                    q->in_serv_agg == NULL)
1314                 q->V = roundedS;
1315
1316         grp->S = roundedS;
1317         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1318         s = qfq_calc_state(q, grp);
1319         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1320
1321         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1322                  s, q->bitmaps[s],
1323                  (unsigned long long) agg->S,
1324                  (unsigned long long) agg->F,
1325                  (unsigned long long) q->V);
1326
1327 skip_update:
1328         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1329 }
1330
1331
1332 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1333 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1334                              enum update_reason reason)
1335 {
1336         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1337
1338         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1339         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1340                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1341                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1342                 q->oldV = q->V = agg->S;
1343         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1344                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1345 }
1346
1347 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1348                             struct qfq_aggregate *agg)
1349 {
1350         unsigned int i, offset;
1351         u64 roundedS;
1352
1353         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1354         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1355
1356         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1357
1358         hlist_del(&agg->next);
1359         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1360                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1365  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1366  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1367  * side effects.
1368  * Otherwise we must propagate the event up.
1369  */
1370 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1371 {
1372         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1373         unsigned long mask;
1374         u64 roundedS;
1375         int s;
1376
1377         if (agg == q->in_serv_agg) {
1378                 charge_actual_service(agg);
1379                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1380                 return;
1381         }
1382
1383         agg->F = agg->S;
1384         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1385
1386         if (!grp->full_slots) {
1387                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1388                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1389                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1390
1391                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1392                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1393                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1394                         if (mask)
1395                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1396                         else
1397                                 mask = ~0UL;
1398                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1399                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1400                 }
1401                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1402         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1403                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1404                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1405                 if (grp->S != roundedS) {
1406                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1407                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1408                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1409                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1410                         grp->S = roundedS;
1411                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1412                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1413                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1414                 }
1415         }
1416 }
1417
1418 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1419 {
1420         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1421         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1422
1423         qfq_deactivate_class(q, cl);
1424 }
1425
1426 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1427                           struct netlink_ext_ack *extack)
1428 {
1429         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1430         struct qfq_group *grp;
1431         int i, j, err;
1432         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1433
1434         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list, sch, extack);
1435         if (err)
1436                 return err;
1437
1438         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1439         if (err < 0)
1440                 return err;
1441
1442         max_classes = min_t(u64, (u64)qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1,
1443                             QFQ_MAX_AGG_CLASSES);
1444         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1445         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1446         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1447
1448         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1449         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1450         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1451
1452         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1453                 grp = &q->groups[i];
1454                 grp->index = i;
1455                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1456                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1457                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1458         }
1459
1460         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1461
1462         return 0;
1463 }
1464
1465 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1466 {
1467         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1468         struct qfq_class *cl;
1469         unsigned int i;
1470
1471         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1472                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1473                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1474                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1475
1476                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1477                 }
1478         }
1479         sch->qstats.backlog = 0;
1480         sch->q.qlen = 0;
1481 }
1482
1483 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1484 {
1485         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1486         struct qfq_class *cl;
1487         struct hlist_node *next;
1488         unsigned int i;
1489
1490         tcf_block_put(q->block);
1491
1492         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1493                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1494                                           common.hnode) {
1495                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1496                 }
1497         }
1498         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1499 }
1500
1501 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1502         .change         = qfq_change_class,
1503         .delete         = qfq_delete_class,
1504         .find           = qfq_search_class,
1505         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1506         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1507         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1508         .graft          = qfq_graft_class,
1509         .leaf           = qfq_class_leaf,
1510         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1511         .dump           = qfq_dump_class,
1512         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1513         .walk           = qfq_walk,
1514 };
1515
1516 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1517         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1518         .id             = "qfq",
1519         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1520         .enqueue        = qfq_enqueue,
1521         .dequeue        = qfq_dequeue,
1522         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1523         .init           = qfq_init_qdisc,
1524         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1525         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1526         .owner          = THIS_MODULE,
1527 };
1528
1529 static int __init qfq_init(void)
1530 {
1531         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1532 }
1533
1534 static void __exit qfq_exit(void)
1535 {
1536         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1537 }
1538
1539 module_init(qfq_init);
1540 module_exit(qfq_exit);
1541 MODULE_LICENSE("GPL");