dccp ccid-3: Update the computation of X_recv
[linux-2.6] / net / dccp / ccids / lib / packet_history.c
1 /*
2  *  net/dccp/packet_history.c
3  *
4  *  Copyright (c) 2007   The University of Aberdeen, Scotland, UK
5  *  Copyright (c) 2005-7 The University of Waikato, Hamilton, New Zealand.
6  *
7  *  An implementation of the DCCP protocol
8  *
9  *  This code has been developed by the University of Waikato WAND
10  *  research group. For further information please see http://www.wand.net.nz/
11  *  or e-mail Ian McDonald - ian.mcdonald@jandi.co.nz
12  *
13  *  This code also uses code from Lulea University, rereleased as GPL by its
14  *  authors:
15  *  Copyright (c) 2003 Nils-Erik Mattsson, Joacim Haggmark, Magnus Erixzon
16  *
17  *  Changes to meet Linux coding standards, to make it meet latest ccid3 draft
18  *  and to make it work as a loadable module in the DCCP stack written by
19  *  Arnaldo Carvalho de Melo <acme@conectiva.com.br>.
20  *
21  *  Copyright (c) 2005 Arnaldo Carvalho de Melo <acme@conectiva.com.br>
22  *
23  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
24  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
25  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
26  *  (at your option) any later version.
27  *
28  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
29  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
30  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
31  *  GNU General Public License for more details.
32  *
33  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
34  *  along with this program; if not, write to the Free Software
35  *  Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
36  */
37
38 #include <linux/string.h>
39 #include <linux/slab.h>
40 #include "packet_history.h"
41 #include "../../dccp.h"
42
43 /*
44  * Transmitter History Routines
45  */
46 static struct kmem_cache *tfrc_tx_hist_slab;
47
48 int __init tfrc_tx_packet_history_init(void)
49 {
50         tfrc_tx_hist_slab = kmem_cache_create("tfrc_tx_hist",
51                                               sizeof(struct tfrc_tx_hist_entry),
52                                               0, SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
53         return tfrc_tx_hist_slab == NULL ? -ENOBUFS : 0;
54 }
55
56 void tfrc_tx_packet_history_exit(void)
57 {
58         if (tfrc_tx_hist_slab != NULL) {
59                 kmem_cache_destroy(tfrc_tx_hist_slab);
60                 tfrc_tx_hist_slab = NULL;
61         }
62 }
63
64 int tfrc_tx_hist_add(struct tfrc_tx_hist_entry **headp, u64 seqno)
65 {
66         struct tfrc_tx_hist_entry *entry = kmem_cache_alloc(tfrc_tx_hist_slab, gfp_any());
67
68         if (entry == NULL)
69                 return -ENOBUFS;
70         entry->seqno = seqno;
71         entry->stamp = ktime_get_real();
72         entry->next  = *headp;
73         *headp       = entry;
74         return 0;
75 }
76 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_tx_hist_add);
77
78 void tfrc_tx_hist_purge(struct tfrc_tx_hist_entry **headp)
79 {
80         struct tfrc_tx_hist_entry *head = *headp;
81
82         while (head != NULL) {
83                 struct tfrc_tx_hist_entry *next = head->next;
84
85                 kmem_cache_free(tfrc_tx_hist_slab, head);
86                 head = next;
87         }
88
89         *headp = NULL;
90 }
91 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_tx_hist_purge);
92
93 /*
94  *      Receiver History Routines
95  */
96 static struct kmem_cache *tfrc_rx_hist_slab;
97
98 int __init tfrc_rx_packet_history_init(void)
99 {
100         tfrc_rx_hist_slab = kmem_cache_create("tfrc_rxh_cache",
101                                               sizeof(struct tfrc_rx_hist_entry),
102                                               0, SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
103         return tfrc_rx_hist_slab == NULL ? -ENOBUFS : 0;
104 }
105
106 void tfrc_rx_packet_history_exit(void)
107 {
108         if (tfrc_rx_hist_slab != NULL) {
109                 kmem_cache_destroy(tfrc_rx_hist_slab);
110                 tfrc_rx_hist_slab = NULL;
111         }
112 }
113
114 static inline void tfrc_rx_hist_entry_from_skb(struct tfrc_rx_hist_entry *entry,
115                                                const struct sk_buff *skb,
116                                                const u64 ndp)
117 {
118         const struct dccp_hdr *dh = dccp_hdr(skb);
119
120         entry->tfrchrx_seqno = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
121         entry->tfrchrx_ccval = dh->dccph_ccval;
122         entry->tfrchrx_type  = dh->dccph_type;
123         entry->tfrchrx_ndp   = ndp;
124         entry->tfrchrx_tstamp = ktime_get_real();
125 }
126
127 void tfrc_rx_hist_add_packet(struct tfrc_rx_hist *h,
128                              const struct sk_buff *skb,
129                              const u64 ndp)
130 {
131         struct tfrc_rx_hist_entry *entry = tfrc_rx_hist_last_rcv(h);
132
133         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(entry, skb, ndp);
134 }
135 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_add_packet);
136
137 /* has the packet contained in skb been seen before? */
138 int tfrc_rx_hist_duplicate(struct tfrc_rx_hist *h, struct sk_buff *skb)
139 {
140         const u64 seq = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
141         int i;
142
143         if (dccp_delta_seqno(tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno, seq) <= 0)
144                 return 1;
145
146         for (i = 1; i <= h->loss_count; i++)
147                 if (tfrc_rx_hist_entry(h, i)->tfrchrx_seqno == seq)
148                         return 1;
149
150         return 0;
151 }
152 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_duplicate);
153
154
155 static void __tfrc_rx_hist_swap(struct tfrc_rx_hist *h, const u8 a, const u8 b)
156 {
157         struct tfrc_rx_hist_entry *tmp = h->ring[a];
158
159         h->ring[a] = h->ring[b];
160         h->ring[b] = tmp;
161 }
162
163 static void tfrc_rx_hist_swap(struct tfrc_rx_hist *h, const u8 a, const u8 b)
164 {
165         __tfrc_rx_hist_swap(h, tfrc_rx_hist_index(h, a),
166                                tfrc_rx_hist_index(h, b));
167 }
168
169 /**
170  * tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling  -  Prepare RX history for RTT sampling
171  * This is called after loss detection has finished, when the history entry
172  * with the index of `loss_count' holds the highest-received sequence number.
173  * RTT sampling requires this information at ring[0] (tfrc_rx_hist_sample_rtt).
174  */
175 static inline void tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(struct tfrc_rx_hist *h)
176 {
177         __tfrc_rx_hist_swap(h, 0, tfrc_rx_hist_index(h, h->loss_count));
178         h->loss_count = h->loss_start = 0;
179 }
180
181 /*
182  * Private helper functions for loss detection.
183  *
184  * In the descriptions, `Si' refers to the sequence number of entry number i,
185  * whose NDP count is `Ni' (lower case is used for variables).
186  * Note: All __xxx_loss functions expect that a test against duplicates has been
187  *       performed already: the seqno of the skb must not be less than the seqno
188  *       of loss_prev; and it must not equal that of any valid history entry.
189  */
190 static void __do_track_loss(struct tfrc_rx_hist *h, struct sk_buff *skb, u64 n1)
191 {
192         u64 s0 = tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno,
193             s1 = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
194
195         if (!dccp_loss_free(s0, s1, n1)) {      /* gap between S0 and S1 */
196                 h->loss_count = 1;
197                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 1), skb, n1);
198         }
199 }
200
201 static void __one_after_loss(struct tfrc_rx_hist *h, struct sk_buff *skb, u32 n2)
202 {
203         u64 s0 = tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno,
204             s1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_seqno,
205             s2 = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
206
207         if (likely(dccp_delta_seqno(s1, s2) > 0)) {     /* S1  <  S2 */
208                 h->loss_count = 2;
209                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 2), skb, n2);
210                 return;
211         }
212
213         /* S0  <  S2  <  S1 */
214
215         if (dccp_loss_free(s0, s2, n2)) {
216                 u64 n1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_ndp;
217
218                 if (dccp_loss_free(s2, s1, n1)) {
219                         /* hole is filled: S0, S2, and S1 are consecutive */
220                         tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(h);
221                 } else
222                         /* gap between S2 and S1: just update loss_prev */
223                         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_loss_prev(h), skb, n2);
224
225         } else {        /* gap between S0 and S2 */
226                 /*
227                  * Reorder history to insert S2 between S0 and S1
228                  */
229                 tfrc_rx_hist_swap(h, 0, 3);
230                 h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 3);
231                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 1), skb, n2);
232                 h->loss_count = 2;
233         }
234 }
235
236 /* return 1 if a new loss event has been identified */
237 static int __two_after_loss(struct tfrc_rx_hist *h, struct sk_buff *skb, u32 n3)
238 {
239         u64 s0 = tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno,
240             s1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_seqno,
241             s2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_seqno,
242             s3 = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
243
244         if (likely(dccp_delta_seqno(s2, s3) > 0)) {     /* S2  <  S3 */
245                 h->loss_count = 3;
246                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 3), skb, n3);
247                 return 1;
248         }
249
250         /* S3  <  S2 */
251
252         if (dccp_delta_seqno(s1, s3) > 0) {             /* S1  <  S3  <  S2 */
253                 /*
254                  * Reorder history to insert S3 between S1 and S2
255                  */
256                 tfrc_rx_hist_swap(h, 2, 3);
257                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 2), skb, n3);
258                 h->loss_count = 3;
259                 return 1;
260         }
261
262         /* S0  <  S3  <  S1 */
263
264         if (dccp_loss_free(s0, s3, n3)) {
265                 u64 n1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_ndp;
266
267                 if (dccp_loss_free(s3, s1, n1)) {
268                         /* hole between S0 and S1 filled by S3 */
269                         u64 n2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_ndp;
270
271                         if (dccp_loss_free(s1, s2, n2)) {
272                                 /* entire hole filled by S0, S3, S1, S2 */
273                                 tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(h);
274                         } else {
275                                 /* gap remains between S1 and S2 */
276                                 h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 1);
277                                 h->loss_count = 1;
278                         }
279
280                 } else /* gap exists between S3 and S1, loss_count stays at 2 */
281                         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_loss_prev(h), skb, n3);
282
283                 return 0;
284         }
285
286         /*
287          * The remaining case:  S0  <  S3  <  S1  <  S2;  gap between S0 and S3
288          * Reorder history to insert S3 between S0 and S1.
289          */
290         tfrc_rx_hist_swap(h, 0, 3);
291         h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 3);
292         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 1), skb, n3);
293         h->loss_count = 3;
294
295         return 1;
296 }
297
298 /* recycle RX history records to continue loss detection if necessary */
299 static void __three_after_loss(struct tfrc_rx_hist *h)
300 {
301         /*
302          * At this stage we know already that there is a gap between S0 and S1
303          * (since S0 was the highest sequence number received before detecting
304          * the loss). To recycle the loss record, it is thus only necessary to
305          * check for other possible gaps between S1/S2 and between S2/S3.
306          */
307         u64 s1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_seqno,
308             s2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_seqno,
309             s3 = tfrc_rx_hist_entry(h, 3)->tfrchrx_seqno;
310         u64 n2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_ndp,
311             n3 = tfrc_rx_hist_entry(h, 3)->tfrchrx_ndp;
312
313         if (dccp_loss_free(s1, s2, n2)) {
314
315                 if (dccp_loss_free(s2, s3, n3)) {
316                         /* no gap between S2 and S3: entire hole is filled */
317                         tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(h);
318                 } else {
319                         /* gap between S2 and S3 */
320                         h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 2);
321                         h->loss_count = 1;
322                 }
323
324         } else {        /* gap between S1 and S2 */
325                 h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 1);
326                 h->loss_count = 2;
327         }
328 }
329
330 /**
331  *  tfrc_rx_handle_loss  -  Loss detection and further processing
332  *  @h:             The non-empty RX history object
333  *  @lh:            Loss Intervals database to update
334  *  @skb:           Currently received packet
335  *  @ndp:           The NDP count belonging to @skb
336  *  @calc_first_li: Caller-dependent computation of first loss interval in @lh
337  *  @sk:            Used by @calc_first_li (see tfrc_lh_interval_add)
338  *  Chooses action according to pending loss, updates LI database when a new
339  *  loss was detected, and does required post-processing. Returns 1 when caller
340  *  should send feedback, 0 otherwise.
341  *  Since it also takes care of reordering during loss detection and updates the
342  *  records accordingly, the caller should not perform any more RX history
343  *  operations when loss_count is greater than 0 after calling this function.
344  */
345 int tfrc_rx_handle_loss(struct tfrc_rx_hist *h,
346                         struct tfrc_loss_hist *lh,
347                         struct sk_buff *skb, const u64 ndp,
348                         u32 (*calc_first_li)(struct sock *), struct sock *sk)
349 {
350         int is_new_loss = 0;
351
352         if (tfrc_rx_hist_duplicate(h, skb))
353                 return 0;
354
355         if (h->loss_count == 0) {
356                 __do_track_loss(h, skb, ndp);
357                 tfrc_rx_hist_sample_rtt(h, skb);
358         } else if (h->loss_count == 1) {
359                 __one_after_loss(h, skb, ndp);
360         } else if (h->loss_count != 2) {
361                 DCCP_BUG("invalid loss_count %d", h->loss_count);
362         } else if (__two_after_loss(h, skb, ndp)) {
363                 /*
364                  * Update Loss Interval database and recycle RX records
365                  */
366                 is_new_loss = tfrc_lh_interval_add(lh, h, calc_first_li, sk);
367                 __three_after_loss(h);
368         }
369
370         /*
371          * Update moving-average of `s' and the sum of received payload bytes.
372          */
373         if (dccp_data_packet(skb)) {
374                 const u32 payload = skb->len - dccp_hdr(skb)->dccph_doff * 4;
375
376                 h->packet_size = tfrc_ewma(h->packet_size, payload, 9);
377                 h->bytes_recvd += payload;
378         }
379
380         /* RFC 3448, 6.1: update I_0, whose growth implies p <= p_prev */
381         if (!is_new_loss)
382                 tfrc_lh_update_i_mean(lh, skb);
383
384         return is_new_loss;
385 }
386 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_handle_loss);
387
388 /* Compute the sending rate X_recv measured between feedback intervals */
389 u32 tfrc_rx_hist_x_recv(struct tfrc_rx_hist *h, const u32 last_x_recv)
390 {
391         u64 bytes = h->bytes_recvd, last_rtt = h->rtt_estimate;
392         s64 delta = ktime_to_us(net_timedelta(h->bytes_start));
393
394         WARN_ON(delta <= 0);
395         /*
396          * Ensure that the sampling interval for X_recv is at least one RTT,
397          * by extending the sampling interval backwards in time, over the last
398          * R_(m-1) seconds, as per rfc3448bis-06, 6.2.
399          * To reduce noise (e.g. when the RTT changes often), this is only
400          * done when delta is smaller than RTT/2.
401          */
402         if (last_x_recv > 0 && delta < last_rtt/2) {
403                 tfrc_pr_debug("delta < RTT ==> %ld us < %u us\n",
404                               (long)delta, (unsigned)last_rtt);
405
406                 delta = (bytes ? delta : 0) + last_rtt;
407                 bytes += div_u64((u64)last_x_recv * last_rtt, USEC_PER_SEC);
408         }
409
410         if (unlikely(bytes == 0)) {
411                 DCCP_WARN("X_recv == 0, using old value of %u\n", last_x_recv);
412                 return last_x_recv;
413         }
414         return scaled_div32(bytes, delta);
415 }
416 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_x_recv);
417
418 void tfrc_rx_hist_purge(struct tfrc_rx_hist *h)
419 {
420         int i;
421
422         for (i = 0; i <= TFRC_NDUPACK; ++i)
423                 if (h->ring[i] != NULL) {
424                         kmem_cache_free(tfrc_rx_hist_slab, h->ring[i]);
425                         h->ring[i] = NULL;
426                 }
427 }
428 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_purge);
429
430 static int tfrc_rx_hist_alloc(struct tfrc_rx_hist *h)
431 {
432         int i;
433
434         memset(h, 0, sizeof(*h));
435
436         for (i = 0; i <= TFRC_NDUPACK; i++) {
437                 h->ring[i] = kmem_cache_alloc(tfrc_rx_hist_slab, GFP_ATOMIC);
438                 if (h->ring[i] == NULL) {
439                         tfrc_rx_hist_purge(h);
440                         return -ENOBUFS;
441                 }
442         }
443         return 0;
444 }
445
446 int tfrc_rx_hist_init(struct tfrc_rx_hist *h, struct sock *sk)
447 {
448         if (tfrc_rx_hist_alloc(h))
449                 return -ENOBUFS;
450         /*
451          * Initialise first entry with GSR to start loss detection as early as
452          * possible. Code using this must not use any other fields. The entry
453          * will be overwritten once the CCID updates its received packets.
454          */
455         tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno = dccp_sk(sk)->dccps_gsr;
456         return 0;
457 }
458 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_init);
459
460 /**
461  * tfrc_rx_hist_sample_rtt  -  Sample RTT from timestamp / CCVal
462  * Based on ideas presented in RFC 4342, 8.1. This function expects that no loss
463  * is pending and uses the following history entries (via rtt_sample_prev):
464  * - h->ring[0]  contains the most recent history entry prior to @skb;
465  * - h->ring[1]  is an unused `dummy' entry when the current difference is 0;
466  */
467 void tfrc_rx_hist_sample_rtt(struct tfrc_rx_hist *h, const struct sk_buff *skb)
468 {
469         struct tfrc_rx_hist_entry *last = h->ring[0];
470         u32 sample, delta_v;
471
472         /*
473          * When not to sample:
474          * - on non-data packets
475          *   (RFC 4342, 8.1: CCVal only fully defined for data packets);
476          * - when no data packets have been received yet
477          *   (FIXME: using sampled packet size as indicator here);
478          * - as long as there are gaps in the sequence space (pending loss).
479          */
480         if (!dccp_data_packet(skb) || h->packet_size == 0 ||
481             tfrc_rx_hist_loss_pending(h))
482                 return;
483
484         h->rtt_sample_prev = 0;         /* reset previous candidate */
485
486         delta_v = SUB16(dccp_hdr(skb)->dccph_ccval, last->tfrchrx_ccval);
487         if (delta_v == 0) {             /* less than RTT/4 difference */
488                 h->rtt_sample_prev = 1;
489                 return;
490         }
491         sample = dccp_sane_rtt(ktime_to_us(net_timedelta(last->tfrchrx_tstamp)));
492
493         if (delta_v <= 4)               /* between RTT/4 and RTT */
494                 sample *= 4 / delta_v;
495         else if (!(sample < h->rtt_estimate && sample > h->rtt_estimate/2))
496                 /*
497                 * Optimisation: CCVal difference is greater than 1 RTT, yet the
498                 * sample is less than the local RTT estimate; which means that
499                 * the RTT estimate is too high.
500                 * To avoid noise, it is not done if the sample is below RTT/2.
501                 */
502                 return;
503
504         /* Use a lower weight than usual to increase responsiveness */
505         h->rtt_estimate = tfrc_ewma(h->rtt_estimate, sample, 5);
506 }
507 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_sample_rtt);