Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/sparc-2.6
[linux-2.6] / net / ipv4 / tcp_vegas.c
1 /*
2  * TCP Vegas congestion control
3  *
4  * This is based on the congestion detection/avoidance scheme described in
5  *    Lawrence S. Brakmo and Larry L. Peterson.
6  *    "TCP Vegas: End to end congestion avoidance on a global internet."
7  *    IEEE Journal on Selected Areas in Communication, 13(8):1465--1480,
8  *    October 1995. Available from:
9  *      ftp://ftp.cs.arizona.edu/xkernel/Papers/jsac.ps
10  *
11  * See http://www.cs.arizona.edu/xkernel/ for their implementation.
12  * The main aspects that distinguish this implementation from the
13  * Arizona Vegas implementation are:
14  *   o We do not change the loss detection or recovery mechanisms of
15  *     Linux in any way. Linux already recovers from losses quite well,
16  *     using fine-grained timers, NewReno, and FACK.
17  *   o To avoid the performance penalty imposed by increasing cwnd
18  *     only every-other RTT during slow start, we increase during
19  *     every RTT during slow start, just like Reno.
20  *   o Largely to allow continuous cwnd growth during slow start,
21  *     we use the rate at which ACKs come back as the "actual"
22  *     rate, rather than the rate at which data is sent.
23  *   o To speed convergence to the right rate, we set the cwnd
24  *     to achieve the right ("actual") rate when we exit slow start.
25  *   o To filter out the noise caused by delayed ACKs, we use the
26  *     minimum RTT sample observed during the last RTT to calculate
27  *     the actual rate.
28  *   o When the sender re-starts from idle, it waits until it has
29  *     received ACKs for an entire flight of new data before making
30  *     a cwnd adjustment decision. The original Vegas implementation
31  *     assumed senders never went idle.
32  */
33
34 #include <linux/mm.h>
35 #include <linux/module.h>
36 #include <linux/skbuff.h>
37 #include <linux/inet_diag.h>
38
39 #include <net/tcp.h>
40
41 #include "tcp_vegas.h"
42
43 /* Default values of the Vegas variables, in fixed-point representation
44  * with V_PARAM_SHIFT bits to the right of the binary point.
45  */
46 #define V_PARAM_SHIFT 1
47 static int alpha = 2<<V_PARAM_SHIFT;
48 static int beta  = 4<<V_PARAM_SHIFT;
49 static int gamma = 1<<V_PARAM_SHIFT;
50
51 module_param(alpha, int, 0644);
52 MODULE_PARM_DESC(alpha, "lower bound of packets in network (scale by 2)");
53 module_param(beta, int, 0644);
54 MODULE_PARM_DESC(beta, "upper bound of packets in network (scale by 2)");
55 module_param(gamma, int, 0644);
56 MODULE_PARM_DESC(gamma, "limit on increase (scale by 2)");
57
58
59 /* There are several situations when we must "re-start" Vegas:
60  *
61  *  o when a connection is established
62  *  o after an RTO
63  *  o after fast recovery
64  *  o when we send a packet and there is no outstanding
65  *    unacknowledged data (restarting an idle connection)
66  *
67  * In these circumstances we cannot do a Vegas calculation at the
68  * end of the first RTT, because any calculation we do is using
69  * stale info -- both the saved cwnd and congestion feedback are
70  * stale.
71  *
72  * Instead we must wait until the completion of an RTT during
73  * which we actually receive ACKs.
74  */
75 static void vegas_enable(struct sock *sk)
76 {
77         const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
78         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
79
80         /* Begin taking Vegas samples next time we send something. */
81         vegas->doing_vegas_now = 1;
82
83         /* Set the beginning of the next send window. */
84         vegas->beg_snd_nxt = tp->snd_nxt;
85
86         vegas->cntRTT = 0;
87         vegas->minRTT = 0x7fffffff;
88 }
89
90 /* Stop taking Vegas samples for now. */
91 static inline void vegas_disable(struct sock *sk)
92 {
93         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
94
95         vegas->doing_vegas_now = 0;
96 }
97
98 void tcp_vegas_init(struct sock *sk)
99 {
100         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
101
102         vegas->baseRTT = 0x7fffffff;
103         vegas_enable(sk);
104 }
105 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_init);
106
107 /* Do RTT sampling needed for Vegas.
108  * Basically we:
109  *   o min-filter RTT samples from within an RTT to get the current
110  *     propagation delay + queuing delay (we are min-filtering to try to
111  *     avoid the effects of delayed ACKs)
112  *   o min-filter RTT samples from a much longer window (forever for now)
113  *     to find the propagation delay (baseRTT)
114  */
115 void tcp_vegas_pkts_acked(struct sock *sk, u32 cnt, s32 rtt_us)
116 {
117         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
118         u32 vrtt;
119
120         if (rtt_us < 0)
121                 return;
122
123         /* Never allow zero rtt or baseRTT */
124         vrtt = rtt_us + 1;
125
126         /* Filter to find propagation delay: */
127         if (vrtt < vegas->baseRTT)
128                 vegas->baseRTT = vrtt;
129
130         /* Find the min RTT during the last RTT to find
131          * the current prop. delay + queuing delay:
132          */
133         vegas->minRTT = min(vegas->minRTT, vrtt);
134         vegas->cntRTT++;
135 }
136 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_pkts_acked);
137
138 void tcp_vegas_state(struct sock *sk, u8 ca_state)
139 {
140
141         if (ca_state == TCP_CA_Open)
142                 vegas_enable(sk);
143         else
144                 vegas_disable(sk);
145 }
146 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_state);
147
148 /*
149  * If the connection is idle and we are restarting,
150  * then we don't want to do any Vegas calculations
151  * until we get fresh RTT samples.  So when we
152  * restart, we reset our Vegas state to a clean
153  * slate. After we get acks for this flight of
154  * packets, _then_ we can make Vegas calculations
155  * again.
156  */
157 void tcp_vegas_cwnd_event(struct sock *sk, enum tcp_ca_event event)
158 {
159         if (event == CA_EVENT_CWND_RESTART ||
160             event == CA_EVENT_TX_START)
161                 tcp_vegas_init(sk);
162 }
163 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_cwnd_event);
164
165 static void tcp_vegas_cong_avoid(struct sock *sk, u32 ack, u32 in_flight)
166 {
167         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
168         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
169
170         if (!vegas->doing_vegas_now) {
171                 tcp_reno_cong_avoid(sk, ack, in_flight);
172                 return;
173         }
174
175         /* The key players are v_beg_snd_una and v_beg_snd_nxt.
176          *
177          * These are so named because they represent the approximate values
178          * of snd_una and snd_nxt at the beginning of the current RTT. More
179          * precisely, they represent the amount of data sent during the RTT.
180          * At the end of the RTT, when we receive an ACK for v_beg_snd_nxt,
181          * we will calculate that (v_beg_snd_nxt - v_beg_snd_una) outstanding
182          * bytes of data have been ACKed during the course of the RTT, giving
183          * an "actual" rate of:
184          *
185          *     (v_beg_snd_nxt - v_beg_snd_una) / (rtt duration)
186          *
187          * Unfortunately, v_beg_snd_una is not exactly equal to snd_una,
188          * because delayed ACKs can cover more than one segment, so they
189          * don't line up nicely with the boundaries of RTTs.
190          *
191          * Another unfortunate fact of life is that delayed ACKs delay the
192          * advance of the left edge of our send window, so that the number
193          * of bytes we send in an RTT is often less than our cwnd will allow.
194          * So we keep track of our cwnd separately, in v_beg_snd_cwnd.
195          */
196
197         if (after(ack, vegas->beg_snd_nxt)) {
198                 /* Do the Vegas once-per-RTT cwnd adjustment. */
199                 u32 old_wnd, old_snd_cwnd;
200
201
202                 /* Here old_wnd is essentially the window of data that was
203                  * sent during the previous RTT, and has all
204                  * been acknowledged in the course of the RTT that ended
205                  * with the ACK we just received. Likewise, old_snd_cwnd
206                  * is the cwnd during the previous RTT.
207                  */
208                 old_wnd = (vegas->beg_snd_nxt - vegas->beg_snd_una) /
209                         tp->mss_cache;
210                 old_snd_cwnd = vegas->beg_snd_cwnd;
211
212                 /* Save the extent of the current window so we can use this
213                  * at the end of the next RTT.
214                  */
215                 vegas->beg_snd_una  = vegas->beg_snd_nxt;
216                 vegas->beg_snd_nxt  = tp->snd_nxt;
217                 vegas->beg_snd_cwnd = tp->snd_cwnd;
218
219                 /* We do the Vegas calculations only if we got enough RTT
220                  * samples that we can be reasonably sure that we got
221                  * at least one RTT sample that wasn't from a delayed ACK.
222                  * If we only had 2 samples total,
223                  * then that means we're getting only 1 ACK per RTT, which
224                  * means they're almost certainly delayed ACKs.
225                  * If  we have 3 samples, we should be OK.
226                  */
227
228                 if (vegas->cntRTT <= 2) {
229                         /* We don't have enough RTT samples to do the Vegas
230                          * calculation, so we'll behave like Reno.
231                          */
232                         tcp_reno_cong_avoid(sk, ack, in_flight);
233                 } else {
234                         u32 rtt, diff;
235                         u64 target_cwnd;
236
237                         /* We have enough RTT samples, so, using the Vegas
238                          * algorithm, we determine if we should increase or
239                          * decrease cwnd, and by how much.
240                          */
241
242                         /* Pluck out the RTT we are using for the Vegas
243                          * calculations. This is the min RTT seen during the
244                          * last RTT. Taking the min filters out the effects
245                          * of delayed ACKs, at the cost of noticing congestion
246                          * a bit later.
247                          */
248                         rtt = vegas->minRTT;
249
250                         /* Calculate the cwnd we should have, if we weren't
251                          * going too fast.
252                          *
253                          * This is:
254                          *     (actual rate in segments) * baseRTT
255                          * We keep it as a fixed point number with
256                          * V_PARAM_SHIFT bits to the right of the binary point.
257                          */
258                         target_cwnd = ((u64)old_wnd * vegas->baseRTT);
259                         target_cwnd <<= V_PARAM_SHIFT;
260                         do_div(target_cwnd, rtt);
261
262                         /* Calculate the difference between the window we had,
263                          * and the window we would like to have. This quantity
264                          * is the "Diff" from the Arizona Vegas papers.
265                          *
266                          * Again, this is a fixed point number with
267                          * V_PARAM_SHIFT bits to the right of the binary
268                          * point.
269                          */
270                         diff = (old_wnd << V_PARAM_SHIFT) - target_cwnd;
271
272                         if (diff > gamma && tp->snd_ssthresh > 2 ) {
273                                 /* Going too fast. Time to slow down
274                                  * and switch to congestion avoidance.
275                                  */
276                                 tp->snd_ssthresh = 2;
277
278                                 /* Set cwnd to match the actual rate
279                                  * exactly:
280                                  *   cwnd = (actual rate) * baseRTT
281                                  * Then we add 1 because the integer
282                                  * truncation robs us of full link
283                                  * utilization.
284                                  */
285                                 tp->snd_cwnd = min(tp->snd_cwnd,
286                                                    ((u32)target_cwnd >>
287                                                     V_PARAM_SHIFT)+1);
288
289                         } else if (tp->snd_cwnd <= tp->snd_ssthresh) {
290                                 /* Slow start.  */
291                                 tcp_slow_start(tp);
292                         } else {
293                                 /* Congestion avoidance. */
294                                 u32 next_snd_cwnd;
295
296                                 /* Figure out where we would like cwnd
297                                  * to be.
298                                  */
299                                 if (diff > beta) {
300                                         /* The old window was too fast, so
301                                          * we slow down.
302                                          */
303                                         next_snd_cwnd = old_snd_cwnd - 1;
304                                 } else if (diff < alpha) {
305                                         /* We don't have enough extra packets
306                                          * in the network, so speed up.
307                                          */
308                                         next_snd_cwnd = old_snd_cwnd + 1;
309                                 } else {
310                                         /* Sending just as fast as we
311                                          * should be.
312                                          */
313                                         next_snd_cwnd = old_snd_cwnd;
314                                 }
315
316                                 /* Adjust cwnd upward or downward, toward the
317                                  * desired value.
318                                  */
319                                 if (next_snd_cwnd > tp->snd_cwnd)
320                                         tp->snd_cwnd++;
321                                 else if (next_snd_cwnd < tp->snd_cwnd)
322                                         tp->snd_cwnd--;
323                         }
324
325                         if (tp->snd_cwnd < 2)
326                                 tp->snd_cwnd = 2;
327                         else if (tp->snd_cwnd > tp->snd_cwnd_clamp)
328                                 tp->snd_cwnd = tp->snd_cwnd_clamp;
329                 }
330
331                 /* Wipe the slate clean for the next RTT. */
332                 vegas->cntRTT = 0;
333                 vegas->minRTT = 0x7fffffff;
334         }
335         /* Use normal slow start */
336         else if (tp->snd_cwnd <= tp->snd_ssthresh)
337                 tcp_slow_start(tp);
338
339 }
340
341 /* Extract info for Tcp socket info provided via netlink. */
342 void tcp_vegas_get_info(struct sock *sk, u32 ext, struct sk_buff *skb)
343 {
344         const struct vegas *ca = inet_csk_ca(sk);
345         if (ext & (1 << (INET_DIAG_VEGASINFO - 1))) {
346                 struct tcpvegas_info info = {
347                         .tcpv_enabled = ca->doing_vegas_now,
348                         .tcpv_rttcnt = ca->cntRTT,
349                         .tcpv_rtt = ca->baseRTT,
350                         .tcpv_minrtt = ca->minRTT,
351                 };
352
353                 nla_put(skb, INET_DIAG_VEGASINFO, sizeof(info), &info);
354         }
355 }
356 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_get_info);
357
358 static struct tcp_congestion_ops tcp_vegas = {
359         .flags          = TCP_CONG_RTT_STAMP,
360         .init           = tcp_vegas_init,
361         .ssthresh       = tcp_reno_ssthresh,
362         .cong_avoid     = tcp_vegas_cong_avoid,
363         .min_cwnd       = tcp_reno_min_cwnd,
364         .pkts_acked     = tcp_vegas_pkts_acked,
365         .set_state      = tcp_vegas_state,
366         .cwnd_event     = tcp_vegas_cwnd_event,
367         .get_info       = tcp_vegas_get_info,
368
369         .owner          = THIS_MODULE,
370         .name           = "vegas",
371 };
372
373 static int __init tcp_vegas_register(void)
374 {
375         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct vegas) > ICSK_CA_PRIV_SIZE);
376         tcp_register_congestion_control(&tcp_vegas);
377         return 0;
378 }
379
380 static void __exit tcp_vegas_unregister(void)
381 {
382         tcp_unregister_congestion_control(&tcp_vegas);
383 }
384
385 module_init(tcp_vegas_register);
386 module_exit(tcp_vegas_unregister);
387
388 MODULE_AUTHOR("Stephen Hemminger");
389 MODULE_LICENSE("GPL");
390 MODULE_DESCRIPTION("TCP Vegas");