dccp ccid-3: Update the RX history records in one place
[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 }
198
199 static void __one_after_loss(struct tfrc_rx_hist *h, struct sk_buff *skb, u32 n2)
200 {
201         u64 s0 = tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno,
202             s1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_seqno,
203             s2 = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
204
205         if (likely(dccp_delta_seqno(s1, s2) > 0)) {     /* S1  <  S2 */
206                 h->loss_count = 2;
207                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 2), skb, n2);
208                 return;
209         }
210
211         /* S0  <  S2  <  S1 */
212
213         if (dccp_loss_free(s0, s2, n2)) {
214                 u64 n1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_ndp;
215
216                 if (dccp_loss_free(s2, s1, n1)) {
217                         /* hole is filled: S0, S2, and S1 are consecutive */
218                         tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(h);
219                 } else
220                         /* gap between S2 and S1: just update loss_prev */
221                         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_loss_prev(h), skb, n2);
222
223         } else {        /* gap between S0 and S2 */
224                 /*
225                  * Reorder history to insert S2 between S0 and S1
226                  */
227                 tfrc_rx_hist_swap(h, 0, 3);
228                 h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 3);
229                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 1), skb, n2);
230                 h->loss_count = 2;
231         }
232 }
233
234 /* return 1 if a new loss event has been identified */
235 static int __two_after_loss(struct tfrc_rx_hist *h, struct sk_buff *skb, u32 n3)
236 {
237         u64 s0 = tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno,
238             s1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_seqno,
239             s2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_seqno,
240             s3 = DCCP_SKB_CB(skb)->dccpd_seq;
241
242         if (likely(dccp_delta_seqno(s2, s3) > 0)) {     /* S2  <  S3 */
243                 h->loss_count = 3;
244                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 3), skb, n3);
245                 return 1;
246         }
247
248         /* S3  <  S2 */
249
250         if (dccp_delta_seqno(s1, s3) > 0) {             /* S1  <  S3  <  S2 */
251                 /*
252                  * Reorder history to insert S3 between S1 and S2
253                  */
254                 tfrc_rx_hist_swap(h, 2, 3);
255                 tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 2), skb, n3);
256                 h->loss_count = 3;
257                 return 1;
258         }
259
260         /* S0  <  S3  <  S1 */
261
262         if (dccp_loss_free(s0, s3, n3)) {
263                 u64 n1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_ndp;
264
265                 if (dccp_loss_free(s3, s1, n1)) {
266                         /* hole between S0 and S1 filled by S3 */
267                         u64 n2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_ndp;
268
269                         if (dccp_loss_free(s1, s2, n2)) {
270                                 /* entire hole filled by S0, S3, S1, S2 */
271                                 tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(h);
272                         } else {
273                                 /* gap remains between S1 and S2 */
274                                 h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 1);
275                                 h->loss_count = 1;
276                         }
277
278                 } else /* gap exists between S3 and S1, loss_count stays at 2 */
279                         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_loss_prev(h), skb, n3);
280
281                 return 0;
282         }
283
284         /*
285          * The remaining case:  S0  <  S3  <  S1  <  S2;  gap between S0 and S3
286          * Reorder history to insert S3 between S0 and S1.
287          */
288         tfrc_rx_hist_swap(h, 0, 3);
289         h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 3);
290         tfrc_rx_hist_entry_from_skb(tfrc_rx_hist_entry(h, 1), skb, n3);
291         h->loss_count = 3;
292
293         return 1;
294 }
295
296 /* recycle RX history records to continue loss detection if necessary */
297 static void __three_after_loss(struct tfrc_rx_hist *h)
298 {
299         /*
300          * At this stage we know already that there is a gap between S0 and S1
301          * (since S0 was the highest sequence number received before detecting
302          * the loss). To recycle the loss record, it is thus only necessary to
303          * check for other possible gaps between S1/S2 and between S2/S3.
304          */
305         u64 s1 = tfrc_rx_hist_entry(h, 1)->tfrchrx_seqno,
306             s2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_seqno,
307             s3 = tfrc_rx_hist_entry(h, 3)->tfrchrx_seqno;
308         u64 n2 = tfrc_rx_hist_entry(h, 2)->tfrchrx_ndp,
309             n3 = tfrc_rx_hist_entry(h, 3)->tfrchrx_ndp;
310
311         if (dccp_loss_free(s1, s2, n2)) {
312
313                 if (dccp_loss_free(s2, s3, n3)) {
314                         /* no gap between S2 and S3: entire hole is filled */
315                         tfrc_rx_hist_resume_rtt_sampling(h);
316                 } else {
317                         /* gap between S2 and S3 */
318                         h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 2);
319                         h->loss_count = 1;
320                 }
321
322         } else {        /* gap between S1 and S2 */
323                 h->loss_start = tfrc_rx_hist_index(h, 1);
324                 h->loss_count = 2;
325         }
326 }
327
328 /**
329  *  tfrc_rx_congestion_event  -  Loss detection and further processing
330  *  @h:         The non-empty RX history object
331  *  @lh:        Loss Intervals database to update
332  *  @skb:       Currently received packet
333  *  @ndp:       The NDP count belonging to @skb
334  *  @first_li:  Caller-dependent computation of first loss interval in @lh
335  *  @sk:        Used by @calc_first_li (see tfrc_lh_interval_add)
336  *  Chooses action according to pending loss, updates LI database when a new
337  *  loss was detected, and does required post-processing. Returns 1 when caller
338  *  should send feedback, 0 otherwise.
339  *  Since it also takes care of reordering during loss detection and updates the
340  *  records accordingly, the caller should not perform any more RX history
341  *  operations when loss_count is greater than 0 after calling this function.
342  */
343 bool tfrc_rx_congestion_event(struct tfrc_rx_hist *h,
344                               struct tfrc_loss_hist *lh,
345                               struct sk_buff *skb, const u64 ndp,
346                               u32 (*first_li)(struct sock *), struct sock *sk)
347 {
348         bool new_event = false;
349
350         if (tfrc_rx_hist_duplicate(h, skb))
351                 return 0;
352
353         if (h->loss_count == 0) {
354                 __do_track_loss(h, skb, ndp);
355                 tfrc_rx_hist_sample_rtt(h, skb);
356                 tfrc_rx_hist_add_packet(h, skb, ndp);
357         } else if (h->loss_count == 1) {
358                 __one_after_loss(h, skb, ndp);
359         } else if (h->loss_count != 2) {
360                 DCCP_BUG("invalid loss_count %d", h->loss_count);
361         } else if (__two_after_loss(h, skb, ndp)) {
362                 /*
363                  * Update Loss Interval database and recycle RX records
364                  */
365                 new_event = tfrc_lh_interval_add(lh, h, first_li, sk);
366                 __three_after_loss(h);
367         }
368
369         /*
370          * Update moving-average of `s' and the sum of received payload bytes.
371          */
372         if (dccp_data_packet(skb)) {
373                 const u32 payload = skb->len - dccp_hdr(skb)->dccph_doff * 4;
374
375                 h->packet_size = tfrc_ewma(h->packet_size, payload, 9);
376                 h->bytes_recvd += payload;
377         }
378
379         /* RFC 3448, 6.1: update I_0, whose growth implies p <= p_prev */
380         if (!new_event)
381                 tfrc_lh_update_i_mean(lh, skb);
382
383         return new_event;
384 }
385 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_congestion_event);
386
387 /* Compute the sending rate X_recv measured between feedback intervals */
388 u32 tfrc_rx_hist_x_recv(struct tfrc_rx_hist *h, const u32 last_x_recv)
389 {
390         u64 bytes = h->bytes_recvd, last_rtt = h->rtt_estimate;
391         s64 delta = ktime_to_us(net_timedelta(h->bytes_start));
392
393         WARN_ON(delta <= 0);
394         /*
395          * Ensure that the sampling interval for X_recv is at least one RTT,
396          * by extending the sampling interval backwards in time, over the last
397          * R_(m-1) seconds, as per rfc3448bis-06, 6.2.
398          * To reduce noise (e.g. when the RTT changes often), this is only
399          * done when delta is smaller than RTT/2.
400          */
401         if (last_x_recv > 0 && delta < last_rtt/2) {
402                 tfrc_pr_debug("delta < RTT ==> %ld us < %u us\n",
403                               (long)delta, (unsigned)last_rtt);
404
405                 delta = (bytes ? delta : 0) + last_rtt;
406                 bytes += div_u64((u64)last_x_recv * last_rtt, USEC_PER_SEC);
407         }
408
409         if (unlikely(bytes == 0)) {
410                 DCCP_WARN("X_recv == 0, using old value of %u\n", last_x_recv);
411                 return last_x_recv;
412         }
413         return scaled_div32(bytes, delta);
414 }
415 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_x_recv);
416
417 void tfrc_rx_hist_purge(struct tfrc_rx_hist *h)
418 {
419         int i;
420
421         for (i = 0; i <= TFRC_NDUPACK; ++i)
422                 if (h->ring[i] != NULL) {
423                         kmem_cache_free(tfrc_rx_hist_slab, h->ring[i]);
424                         h->ring[i] = NULL;
425                 }
426 }
427 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_purge);
428
429 static int tfrc_rx_hist_alloc(struct tfrc_rx_hist *h)
430 {
431         int i;
432
433         memset(h, 0, sizeof(*h));
434
435         for (i = 0; i <= TFRC_NDUPACK; i++) {
436                 h->ring[i] = kmem_cache_alloc(tfrc_rx_hist_slab, GFP_ATOMIC);
437                 if (h->ring[i] == NULL) {
438                         tfrc_rx_hist_purge(h);
439                         return -ENOBUFS;
440                 }
441         }
442         return 0;
443 }
444
445 int tfrc_rx_hist_init(struct tfrc_rx_hist *h, struct sock *sk)
446 {
447         if (tfrc_rx_hist_alloc(h))
448                 return -ENOBUFS;
449         /*
450          * Initialise first entry with GSR to start loss detection as early as
451          * possible. Code using this must not use any other fields. The entry
452          * will be overwritten once the CCID updates its received packets.
453          */
454         tfrc_rx_hist_loss_prev(h)->tfrchrx_seqno = dccp_sk(sk)->dccps_gsr;
455         return 0;
456 }
457 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_init);
458
459 /**
460  * tfrc_rx_hist_sample_rtt  -  Sample RTT from timestamp / CCVal
461  * Based on ideas presented in RFC 4342, 8.1. This function expects that no loss
462  * is pending and uses the following history entries (via rtt_sample_prev):
463  * - h->ring[0]  contains the most recent history entry prior to @skb;
464  * - h->ring[1]  is an unused `dummy' entry when the current difference is 0;
465  */
466 void tfrc_rx_hist_sample_rtt(struct tfrc_rx_hist *h, const struct sk_buff *skb)
467 {
468         struct tfrc_rx_hist_entry *last = h->ring[0];
469         u32 sample, delta_v;
470
471         /*
472          * When not to sample:
473          * - on non-data packets
474          *   (RFC 4342, 8.1: CCVal only fully defined for data packets);
475          * - when no data packets have been received yet
476          *   (FIXME: using sampled packet size as indicator here);
477          * - as long as there are gaps in the sequence space (pending loss).
478          */
479         if (!dccp_data_packet(skb) || h->packet_size == 0 ||
480             tfrc_rx_hist_loss_pending(h))
481                 return;
482
483         h->rtt_sample_prev = 0;         /* reset previous candidate */
484
485         delta_v = SUB16(dccp_hdr(skb)->dccph_ccval, last->tfrchrx_ccval);
486         if (delta_v == 0) {             /* less than RTT/4 difference */
487                 h->rtt_sample_prev = 1;
488                 return;
489         }
490         sample = dccp_sane_rtt(ktime_to_us(net_timedelta(last->tfrchrx_tstamp)));
491
492         if (delta_v <= 4)               /* between RTT/4 and RTT */
493                 sample *= 4 / delta_v;
494         else if (!(sample < h->rtt_estimate && sample > h->rtt_estimate/2))
495                 /*
496                 * Optimisation: CCVal difference is greater than 1 RTT, yet the
497                 * sample is less than the local RTT estimate; which means that
498                 * the RTT estimate is too high.
499                 * To avoid noise, it is not done if the sample is below RTT/2.
500                 */
501                 return;
502
503         /* Use a lower weight than usual to increase responsiveness */
504         h->rtt_estimate = tfrc_ewma(h->rtt_estimate, sample, 5);
505 }
506 EXPORT_SYMBOL_GPL(tfrc_rx_hist_sample_rtt);