GNU Linux-libre 4.14.290-gnu1
[releases.git] / net / sched / sch_qfq.c
1 /*
2  * net/sched/sch_qfq.c         Quick Fair Queueing Plus Scheduler.
3  *
4  * Copyright (c) 2009 Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente.
5  * Copyright (c) 2012 Paolo Valente.
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
9  * version 2 as published by the Free Software Foundation.
10  */
11
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <linux/bitops.h>
15 #include <linux/errno.h>
16 #include <linux/netdevice.h>
17 #include <linux/pkt_sched.h>
18 #include <net/sch_generic.h>
19 #include <net/pkt_sched.h>
20 #include <net/pkt_cls.h>
21
22
23 /*  Quick Fair Queueing Plus
24     ========================
25
26     Sources:
27
28     [1] Paolo Valente,
29     "Reducing the Execution Time of Fair-Queueing Schedulers."
30     http://algo.ing.unimo.it/people/paolo/agg-sched/agg-sched.pdf
31
32     Sources for QFQ:
33
34     [2] Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente: "QFQ: Efficient
35     Packet Scheduling with Tight Bandwidth Distribution Guarantees."
36
37     See also:
38     http://retis.sssup.it/~fabio/linux/qfq/
39  */
40
41 /*
42
43   QFQ+ divides classes into aggregates of at most MAX_AGG_CLASSES
44   classes. Each aggregate is timestamped with a virtual start time S
45   and a virtual finish time F, and scheduled according to its
46   timestamps. S and F are computed as a function of a system virtual
47   time function V. The classes within each aggregate are instead
48   scheduled with DRR.
49
50   To speed up operations, QFQ+ divides also aggregates into a limited
51   number of groups. Which group a class belongs to depends on the
52   ratio between the maximum packet length for the class and the weight
53   of the class. Groups have their own S and F. In the end, QFQ+
54   schedules groups, then aggregates within groups, then classes within
55   aggregates. See [1] and [2] for a full description.
56
57   Virtual time computations.
58
59   S, F and V are all computed in fixed point arithmetic with
60   FRAC_BITS decimal bits.
61
62   QFQ_MAX_INDEX is the maximum index allowed for a group. We need
63         one bit per index.
64   QFQ_MAX_WSHIFT is the maximum power of two supported as a weight.
65
66   The layout of the bits is as below:
67
68                    [ MTU_SHIFT ][      FRAC_BITS    ]
69                    [ MAX_INDEX    ][ MIN_SLOT_SHIFT ]
70                                  ^.__grp->index = 0
71                                  *.__grp->slot_shift
72
73   where MIN_SLOT_SHIFT is derived by difference from the others.
74
75   The max group index corresponds to Lmax/w_min, where
76   Lmax=1<<MTU_SHIFT, w_min = 1 .
77   From this, and knowing how many groups (MAX_INDEX) we want,
78   we can derive the shift corresponding to each group.
79
80   Because we often need to compute
81         F = S + len/w_i  and V = V + len/wsum
82   instead of storing w_i store the value
83         inv_w = (1<<FRAC_BITS)/w_i
84   so we can do F = S + len * inv_w * wsum.
85   We use W_TOT in the formulas so we can easily move between
86   static and adaptive weight sum.
87
88   The per-scheduler-instance data contain all the data structures
89   for the scheduler: bitmaps and bucket lists.
90
91  */
92
93 /*
94  * Maximum number of consecutive slots occupied by backlogged classes
95  * inside a group.
96  */
97 #define QFQ_MAX_SLOTS   32
98
99 /*
100  * Shifts used for aggregate<->group mapping.  We allow class weights that are
101  * in the range [1, 2^MAX_WSHIFT], and we try to map each aggregate i to the
102  * group with the smallest index that can support the L_i / r_i configured
103  * for the classes in the aggregate.
104  *
105  * grp->index is the index of the group; and grp->slot_shift
106  * is the shift for the corresponding (scaled) sigma_i.
107  */
108 #define QFQ_MAX_INDEX           24
109 #define QFQ_MAX_WSHIFT          10
110
111 #define QFQ_MAX_WEIGHT          (1<<QFQ_MAX_WSHIFT) /* see qfq_slot_insert */
112 #define QFQ_MAX_WSUM            (64*QFQ_MAX_WEIGHT)
113
114 #define FRAC_BITS               30      /* fixed point arithmetic */
115 #define ONE_FP                  (1UL << FRAC_BITS)
116
117 #define QFQ_MTU_SHIFT           16      /* to support TSO/GSO */
118 #define QFQ_MIN_LMAX            512     /* see qfq_slot_insert */
119
120 #define QFQ_MAX_AGG_CLASSES     8 /* max num classes per aggregate allowed */
121
122 /*
123  * Possible group states.  These values are used as indexes for the bitmaps
124  * array of struct qfq_queue.
125  */
126 enum qfq_state { ER, IR, EB, IB, QFQ_MAX_STATE };
127
128 struct qfq_group;
129
130 struct qfq_aggregate;
131
132 struct qfq_class {
133         struct Qdisc_class_common common;
134
135         unsigned int filter_cnt;
136
137         struct gnet_stats_basic_packed bstats;
138         struct gnet_stats_queue qstats;
139         struct net_rate_estimator __rcu *rate_est;
140         struct Qdisc *qdisc;
141         struct list_head alist;         /* Link for active-classes list. */
142         struct qfq_aggregate *agg;      /* Parent aggregate. */
143         int deficit;                    /* DRR deficit counter. */
144 };
145
146 struct qfq_aggregate {
147         struct hlist_node next; /* Link for the slot list. */
148         u64 S, F;               /* flow timestamps (exact) */
149
150         /* group we belong to. In principle we would need the index,
151          * which is log_2(lmax/weight), but we never reference it
152          * directly, only the group.
153          */
154         struct qfq_group *grp;
155
156         /* these are copied from the flowset. */
157         u32     class_weight; /* Weight of each class in this aggregate. */
158         /* Max pkt size for the classes in this aggregate, DRR quantum. */
159         int     lmax;
160
161         u32     inv_w;      /* ONE_FP/(sum of weights of classes in aggr.). */
162         u32     budgetmax;  /* Max budget for this aggregate. */
163         u32     initial_budget, budget;     /* Initial and current budget. */
164
165         int               num_classes;  /* Number of classes in this aggr. */
166         struct list_head  active;       /* DRR queue of active classes. */
167
168         struct hlist_node nonfull_next; /* See nonfull_aggs in qfq_sched. */
169 };
170
171 struct qfq_group {
172         u64 S, F;                       /* group timestamps (approx). */
173         unsigned int slot_shift;        /* Slot shift. */
174         unsigned int index;             /* Group index. */
175         unsigned int front;             /* Index of the front slot. */
176         unsigned long full_slots;       /* non-empty slots */
177
178         /* Array of RR lists of active aggregates. */
179         struct hlist_head slots[QFQ_MAX_SLOTS];
180 };
181
182 struct qfq_sched {
183         struct tcf_proto __rcu *filter_list;
184         struct tcf_block        *block;
185         struct Qdisc_class_hash clhash;
186
187         u64                     oldV, V;        /* Precise virtual times. */
188         struct qfq_aggregate    *in_serv_agg;   /* Aggregate being served. */
189         u32                     wsum;           /* weight sum */
190         u32                     iwsum;          /* inverse weight sum */
191
192         unsigned long bitmaps[QFQ_MAX_STATE];       /* Group bitmaps. */
193         struct qfq_group groups[QFQ_MAX_INDEX + 1]; /* The groups. */
194         u32 min_slot_shift;     /* Index of the group-0 bit in the bitmaps. */
195
196         u32 max_agg_classes;            /* Max number of classes per aggr. */
197         struct hlist_head nonfull_aggs; /* Aggs with room for more classes. */
198 };
199
200 /*
201  * Possible reasons why the timestamps of an aggregate are updated
202  * enqueue: the aggregate switches from idle to active and must scheduled
203  *          for service
204  * requeue: the aggregate finishes its budget, so it stops being served and
205  *          must be rescheduled for service
206  */
207 enum update_reason {enqueue, requeue};
208
209 static struct qfq_class *qfq_find_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
210 {
211         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
212         struct Qdisc_class_common *clc;
213
214         clc = qdisc_class_find(&q->clhash, classid);
215         if (clc == NULL)
216                 return NULL;
217         return container_of(clc, struct qfq_class, common);
218 }
219
220 static void qfq_purge_queue(struct qfq_class *cl)
221 {
222         unsigned int len = cl->qdisc->q.qlen;
223         unsigned int backlog = cl->qdisc->qstats.backlog;
224
225         qdisc_reset(cl->qdisc);
226         qdisc_tree_reduce_backlog(cl->qdisc, len, backlog);
227 }
228
229 static const struct nla_policy qfq_policy[TCA_QFQ_MAX + 1] = {
230         [TCA_QFQ_WEIGHT] = { .type = NLA_U32 },
231         [TCA_QFQ_LMAX] = { .type = NLA_U32 },
232 };
233
234 /*
235  * Calculate a flow index, given its weight and maximum packet length.
236  * index = log_2(maxlen/weight) but we need to apply the scaling.
237  * This is used only once at flow creation.
238  */
239 static int qfq_calc_index(u32 inv_w, unsigned int maxlen, u32 min_slot_shift)
240 {
241         u64 slot_size = (u64)maxlen * inv_w;
242         unsigned long size_map;
243         int index = 0;
244
245         size_map = slot_size >> min_slot_shift;
246         if (!size_map)
247                 goto out;
248
249         index = __fls(size_map) + 1;    /* basically a log_2 */
250         index -= !(slot_size - (1ULL << (index + min_slot_shift - 1)));
251
252         if (index < 0)
253                 index = 0;
254 out:
255         pr_debug("qfq calc_index: W = %lu, L = %u, I = %d\n",
256                  (unsigned long) ONE_FP/inv_w, maxlen, index);
257
258         return index;
259 }
260
261 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *);
262 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *,
263                              enum update_reason);
264
265 static void qfq_init_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
266                          u32 lmax, u32 weight)
267 {
268         INIT_LIST_HEAD(&agg->active);
269         hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
270
271         agg->lmax = lmax;
272         agg->class_weight = weight;
273 }
274
275 static struct qfq_aggregate *qfq_find_agg(struct qfq_sched *q,
276                                           u32 lmax, u32 weight)
277 {
278         struct qfq_aggregate *agg;
279
280         hlist_for_each_entry(agg, &q->nonfull_aggs, nonfull_next)
281                 if (agg->lmax == lmax && agg->class_weight == weight)
282                         return agg;
283
284         return NULL;
285 }
286
287
288 /* Update aggregate as a function of the new number of classes. */
289 static void qfq_update_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
290                            int new_num_classes)
291 {
292         u32 new_agg_weight;
293
294         if (new_num_classes == q->max_agg_classes)
295                 hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
296
297         if (agg->num_classes > new_num_classes &&
298             new_num_classes == q->max_agg_classes - 1) /* agg no more full */
299                 hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
300
301         /* The next assignment may let
302          * agg->initial_budget > agg->budgetmax
303          * hold, we will take it into account in charge_actual_service().
304          */
305         agg->budgetmax = new_num_classes * agg->lmax;
306         new_agg_weight = agg->class_weight * new_num_classes;
307         agg->inv_w = ONE_FP/new_agg_weight;
308
309         if (agg->grp == NULL) {
310                 int i = qfq_calc_index(agg->inv_w, agg->budgetmax,
311                                        q->min_slot_shift);
312                 agg->grp = &q->groups[i];
313         }
314
315         q->wsum +=
316                 (int) agg->class_weight * (new_num_classes - agg->num_classes);
317         q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
318
319         agg->num_classes = new_num_classes;
320 }
321
322 /* Add class to aggregate. */
323 static void qfq_add_to_agg(struct qfq_sched *q,
324                            struct qfq_aggregate *agg,
325                            struct qfq_class *cl)
326 {
327         cl->agg = agg;
328
329         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes+1);
330         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) { /* adding an active class */
331                 list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
332                 if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) ==
333                     cl && q->in_serv_agg != agg) /* agg was inactive */
334                         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue); /* schedule agg */
335         }
336 }
337
338 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *);
339
340 static void qfq_destroy_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
341 {
342         hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
343         q->wsum -= agg->class_weight;
344         if (q->wsum != 0)
345                 q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
346
347         if (q->in_serv_agg == agg)
348                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
349         kfree(agg);
350 }
351
352 /* Deschedule class from within its parent aggregate. */
353 static void qfq_deactivate_class(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
354 {
355         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
356
357
358         list_del(&cl->alist); /* remove from RR queue of the aggregate */
359         if (list_empty(&agg->active)) /* agg is now inactive */
360                 qfq_deactivate_agg(q, agg);
361 }
362
363 /* Remove class from its parent aggregate. */
364 static void qfq_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
365 {
366         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
367
368         cl->agg = NULL;
369         if (agg->num_classes == 1) { /* agg being emptied, destroy it */
370                 qfq_destroy_agg(q, agg);
371                 return;
372         }
373         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes-1);
374 }
375
376 /* Deschedule class and remove it from its parent aggregate. */
377 static void qfq_deact_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
378 {
379         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) /* class is active */
380                 qfq_deactivate_class(q, cl);
381
382         qfq_rm_from_agg(q, cl);
383 }
384
385 /* Move class to a new aggregate, matching the new class weight and/or lmax */
386 static int qfq_change_agg(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl, u32 weight,
387                            u32 lmax)
388 {
389         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
390         struct qfq_aggregate *new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
391
392         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
393                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
394                 if (new_agg == NULL)
395                         return -ENOBUFS;
396                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
397         }
398         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
399         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
400
401         return 0;
402 }
403
404 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
405                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg)
406 {
407         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
408         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
409         bool existing = false;
410         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
411         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
412         u32 weight, lmax, inv_w;
413         int err;
414         int delta_w;
415
416         if (tca[TCA_OPTIONS] == NULL) {
417                 pr_notice("qfq: no options\n");
418                 return -EINVAL;
419         }
420
421         err = nla_parse_nested(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS], qfq_policy,
422                                NULL);
423         if (err < 0)
424                 return err;
425
426         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT]) {
427                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
428                 if (!weight || weight > (1UL << QFQ_MAX_WSHIFT)) {
429                         pr_notice("qfq: invalid weight %u\n", weight);
430                         return -EINVAL;
431                 }
432         } else
433                 weight = 1;
434
435         if (tb[TCA_QFQ_LMAX]) {
436                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
437                 if (lmax < QFQ_MIN_LMAX || lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)) {
438                         pr_notice("qfq: invalid max length %u\n", lmax);
439                         return -EINVAL;
440                 }
441         } else
442                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
443
444         inv_w = ONE_FP / weight;
445         weight = ONE_FP / inv_w;
446
447         if (cl != NULL &&
448             lmax == cl->agg->lmax &&
449             weight == cl->agg->class_weight)
450                 return 0; /* nothing to change */
451
452         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
453
454         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
455                 pr_notice("qfq: total weight out of range (%d + %u)\n",
456                           delta_w, q->wsum);
457                 return -EINVAL;
458         }
459
460         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
461                 if (tca[TCA_RATE]) {
462                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
463                                                     &cl->rate_est,
464                                                     NULL,
465                                                     qdisc_root_sleeping_running(sch),
466                                                     tca[TCA_RATE]);
467                         if (err)
468                                 return err;
469                 }
470                 existing = true;
471                 goto set_change_agg;
472         }
473
474         /* create and init new class */
475         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
476         if (cl == NULL)
477                 return -ENOBUFS;
478
479         cl->common.classid = classid;
480         cl->deficit = lmax;
481
482         cl->qdisc = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue,
483                                       &pfifo_qdisc_ops, classid);
484         if (cl->qdisc == NULL)
485                 cl->qdisc = &noop_qdisc;
486
487         if (tca[TCA_RATE]) {
488                 err = gen_new_estimator(&cl->bstats, NULL,
489                                         &cl->rate_est,
490                                         NULL,
491                                         qdisc_root_sleeping_running(sch),
492                                         tca[TCA_RATE]);
493                 if (err)
494                         goto destroy_class;
495         }
496
497         if (cl->qdisc != &noop_qdisc)
498                 qdisc_hash_add(cl->qdisc, true);
499
500 set_change_agg:
501         sch_tree_lock(sch);
502         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
503         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
504                 sch_tree_unlock(sch);
505                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
506                 if (new_agg == NULL) {
507                         err = -ENOBUFS;
508                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
509                         goto destroy_class;
510                 }
511                 sch_tree_lock(sch);
512                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
513         }
514         if (existing)
515                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
516         else
517                 qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
518         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
519         sch_tree_unlock(sch);
520         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
521
522         *arg = (unsigned long)cl;
523         return 0;
524
525 destroy_class:
526         qdisc_destroy(cl->qdisc);
527         kfree(cl);
528         return err;
529 }
530
531 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
532 {
533         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
534
535         qfq_rm_from_agg(q, cl);
536         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
537         qdisc_destroy(cl->qdisc);
538         kfree(cl);
539 }
540
541 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
542 {
543         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
544         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
545
546         if (cl->filter_cnt > 0)
547                 return -EBUSY;
548
549         sch_tree_lock(sch);
550
551         qfq_purge_queue(cl);
552         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
553
554         sch_tree_unlock(sch);
555
556         qfq_destroy_class(sch, cl);
557         return 0;
558 }
559
560 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
561 {
562         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
563 }
564
565 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl)
566 {
567         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
568
569         if (cl)
570                 return NULL;
571
572         return q->block;
573 }
574
575 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
576                                   u32 classid)
577 {
578         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
579
580         if (cl != NULL)
581                 cl->filter_cnt++;
582
583         return (unsigned long)cl;
584 }
585
586 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
587 {
588         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
589
590         cl->filter_cnt--;
591 }
592
593 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
594                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old)
595 {
596         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
597
598         if (new == NULL) {
599                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue,
600                                         &pfifo_qdisc_ops, cl->common.classid);
601                 if (new == NULL)
602                         new = &noop_qdisc;
603         }
604
605         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
606         return 0;
607 }
608
609 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
610 {
611         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
612
613         return cl->qdisc;
614 }
615
616 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
617                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
618 {
619         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
620         struct nlattr *nest;
621
622         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
623         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
624         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
625
626         nest = nla_nest_start(skb, TCA_OPTIONS);
627         if (nest == NULL)
628                 goto nla_put_failure;
629         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
630             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
631                 goto nla_put_failure;
632         return nla_nest_end(skb, nest);
633
634 nla_put_failure:
635         nla_nest_cancel(skb, nest);
636         return -EMSGSIZE;
637 }
638
639 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
640                                 struct gnet_dump *d)
641 {
642         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
643         struct tc_qfq_stats xstats;
644
645         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
646
647         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
648         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
649
650         if (gnet_stats_copy_basic(qdisc_root_sleeping_running(sch),
651                                   d, NULL, &cl->bstats) < 0 ||
652             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
653             gnet_stats_copy_queue(d, NULL,
654                                   &cl->qdisc->qstats, cl->qdisc->q.qlen) < 0)
655                 return -1;
656
657         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
658 }
659
660 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
661 {
662         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
663         struct qfq_class *cl;
664         unsigned int i;
665
666         if (arg->stop)
667                 return;
668
669         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
670                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
671                         if (arg->count < arg->skip) {
672                                 arg->count++;
673                                 continue;
674                         }
675                         if (arg->fn(sch, (unsigned long)cl, arg) < 0) {
676                                 arg->stop = 1;
677                                 return;
678                         }
679                         arg->count++;
680                 }
681         }
682 }
683
684 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
685                                       int *qerr)
686 {
687         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
688         struct qfq_class *cl;
689         struct tcf_result res;
690         struct tcf_proto *fl;
691         int result;
692
693         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
694                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
695                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
696                 if (cl != NULL)
697                         return cl;
698         }
699
700         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
701         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
702         result = tcf_classify(skb, fl, &res, false);
703         if (result >= 0) {
704 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
705                 switch (result) {
706                 case TC_ACT_QUEUED:
707                 case TC_ACT_STOLEN:
708                 case TC_ACT_TRAP:
709                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
710                 case TC_ACT_SHOT:
711                         return NULL;
712                 }
713 #endif
714                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
715                 if (cl == NULL)
716                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
717                 return cl;
718         }
719
720         return NULL;
721 }
722
723 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
724 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
725 {
726         return (s64)(a - b) > 0;
727 }
728
729 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
730 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
731 {
732         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
733 }
734
735 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
736 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
737                                         unsigned long bitmap)
738 {
739         int index = __ffs(bitmap);
740         return &q->groups[index];
741 }
742 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
743 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
744 {
745         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
746 }
747
748 /*
749  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
750  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
751  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
752  */
753 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
754 {
755         /* if S > V we are not eligible */
756         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
757         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
758         struct qfq_group *next;
759
760         if (mask) {
761                 next = qfq_ffs(q, mask);
762                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
763                         state |= EB;
764         }
765
766         return state;
767 }
768
769
770 /*
771  * In principle
772  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
773  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
774  * but we should make sure that src != dst
775  */
776 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
777                                    int src, int dst)
778 {
779         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
780         q->bitmaps[src] &= ~mask;
781 }
782
783 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
784 {
785         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
786         struct qfq_group *next;
787
788         if (mask) {
789                 next = qfq_ffs(q, mask);
790                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
791                         return;
792         }
793
794         mask = (1UL << index) - 1;
795         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
796         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
797 }
798
799 /*
800  * perhaps
801  *
802         old_V ^= q->V;
803         old_V >>= q->min_slot_shift;
804         if (old_V) {
805                 ...
806         }
807  *
808  */
809 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
810 {
811         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
812         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
813
814         if (vslot != old_vslot) {
815                 unsigned long mask;
816                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
817
818                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
819                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
820                 else
821                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
822
823                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
824                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
825         }
826 }
827
828 /*
829  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
830  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
831  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
832  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
833  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
834  * position.
835  *
836  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
837  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
838  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
839  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
840  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
841  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
842  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
843  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
844  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
845  * if the parameters of some class are changed.
846  *
847  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
848  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
849  * 2 +
850  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
851  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
852  *
853  * The following function deals with this problem by backward-shifting
854  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
855  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
856  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
857  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
858  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
859  * would have been even lower than they are after the backward shift,
860  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
861  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
862  * service is postponed because of the backward-shift would have
863  * however waited for the service of agg before being served.
864  *
865  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
866  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
867  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
868  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
869  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
870  * activated. The activation of this aggregate should be properly
871  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
872  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
873  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
874  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
875  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
876  * of these unlucky aggregates.
877  *
878  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
879  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
880  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
881  * of a class.
882  */
883 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
884                             u64 roundedS)
885 {
886         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
887         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
888
889         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
890                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
891                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
892                 agg->S -= deltaS;
893                 agg->F -= deltaS;
894                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
895         }
896
897         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
898
899         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
900         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
901 }
902
903 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
904 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
905 {
906         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
907                            struct qfq_aggregate, next);
908 }
909
910 /*
911  * remove the entry from the slot
912  */
913 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
914 {
915         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
916
917         BUG_ON(!agg);
918         hlist_del(&agg->next);
919         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
920                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
921 }
922
923 /*
924  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
925  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
926  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
927  */
928 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
929 {
930         unsigned int i;
931
932         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
933                  grp->index, grp->full_slots);
934
935         if (grp->full_slots == 0)
936                 return NULL;
937
938         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
939         if (i > 0) {
940                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
941                 grp->full_slots >>= i;
942         }
943
944         return qfq_slot_head(grp);
945 }
946
947 /*
948  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
949  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
950  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
951  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
952  * This covers decreases in the group's start time, but what about
953  * increases of the start time ?
954  * Here too we should make sure that i is less than 32
955  */
956 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
957 {
958         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
959
960         grp->full_slots <<= i;
961         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
962 }
963
964 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
965 {
966         struct qfq_group *grp;
967         unsigned long ineligible;
968
969         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
970         if (ineligible) {
971                 if (!q->bitmaps[ER]) {
972                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
973                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
974                                 q->V = grp->S;
975                 }
976                 qfq_make_eligible(q);
977         }
978 }
979
980 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
981 static void agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
982                         struct qfq_class *cl, unsigned int len)
983 {
984         qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
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
996 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
997                                            struct qfq_class **cl,
998                                            unsigned int *len)
999 {
1000         struct sk_buff *skb;
1001
1002         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
1003         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
1004         if (skb == NULL)
1005                 WARN_ONCE(1, "qfq_dequeue: non-workconserving leaf\n");
1006         else
1007                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
1008
1009         return skb;
1010 }
1011
1012 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
1013 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
1014 {
1015         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1016          * account that, after decreasing the number of classes in
1017          * agg, it may happen that
1018          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1019          */
1020         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1021                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1022
1023         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1024 }
1025
1026 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1027  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1028  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1029  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1030  *
1031  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1032  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1033  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1034  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1035  * We are guaranteed not to move S backward because
1036  * otherwise our group i would still be blocked.
1037  */
1038 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1039 {
1040         unsigned long mask;
1041         u64 limit, roundedF;
1042         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1043
1044         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1045         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1046
1047         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1048                 /* timestamp was stale */
1049                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1050                 if (mask) {
1051                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1052                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1053                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1054                                         agg->S = next->F;
1055                                 else /* preserve timestamp correctness */
1056                                         agg->S = limit;
1057                                 return;
1058                         }
1059                 }
1060                 agg->S = q->V;
1061         } else  /* timestamp is not stale */
1062                 agg->S = agg->F;
1063 }
1064
1065 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1066  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1067  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1068  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1069  */
1070 static inline void
1071 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1072                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1073 {
1074         if (reason != requeue)
1075                 qfq_update_start(q, agg);
1076         else /* just charge agg for the service received */
1077                 agg->S = agg->F;
1078
1079         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1080 }
1081
1082 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1083
1084 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1085 {
1086         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1087         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1088         struct qfq_class *cl;
1089         struct sk_buff *skb = NULL;
1090         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1091         unsigned int len = 0;
1092
1093         if (in_serv_agg == NULL)
1094                 return NULL;
1095
1096         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1097                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1098
1099         /*
1100          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1101          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1102          * class, then choose the next aggregate to serve.
1103          */
1104         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1105                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1106
1107                 /* recharge the budget of the aggregate */
1108                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1109                         in_serv_agg->budgetmax;
1110
1111                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1112                         /*
1113                          * Still active: reschedule for
1114                          * service. Possible optimization: if no other
1115                          * aggregate is active, then there is no point
1116                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1117                          * just keep it as the in-service one. This
1118                          * should be however a corner case, and to
1119                          * handle it, we would need to maintain an
1120                          * extra num_active_aggs field.
1121                         */
1122                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1123                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1124                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1125                         q->in_serv_agg = NULL;
1126                         return NULL;
1127                 }
1128
1129                 /*
1130                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1131                  * choose the new aggregate to serve.
1132                  */
1133                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1134                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1135         }
1136         if (!skb)
1137                 return NULL;
1138
1139         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1140         sch->q.qlen--;
1141         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1142
1143         agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1144         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1145          * owning pending packets with larger size than the new value
1146          * of lmax, then the following condition may hold.
1147          */
1148         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1149                 in_serv_agg->budget = 0;
1150         else
1151                 in_serv_agg->budget -= len;
1152
1153         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1154         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1155                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1156                  (unsigned long long) q->V);
1157
1158         return skb;
1159 }
1160
1161 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1162 {
1163         struct qfq_group *grp;
1164         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1165         u64 old_F;
1166
1167         qfq_update_eligible(q);
1168         q->oldV = q->V;
1169
1170         if (!q->bitmaps[ER])
1171                 return NULL;
1172
1173         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1174         old_F = grp->F;
1175
1176         agg = qfq_slot_head(grp);
1177
1178         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1179         qfq_front_slot_remove(grp);
1180
1181         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1182
1183         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1184                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1185         else {
1186                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1187                                               grp->slot_shift);
1188                 unsigned int s;
1189
1190                 if (grp->S == roundedS)
1191                         return agg;
1192                 grp->S = roundedS;
1193                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1194                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1195                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1196                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1197         }
1198
1199         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1200
1201         return agg;
1202 }
1203
1204 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1205                        struct sk_buff **to_free)
1206 {
1207         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1208         struct qfq_class *cl;
1209         struct qfq_aggregate *agg;
1210         int err = 0;
1211
1212         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1213         if (cl == NULL) {
1214                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1215                         qdisc_qstats_drop(sch);
1216                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1217                 return err;
1218         }
1219         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1220
1221         if (unlikely(cl->agg->lmax < qdisc_pkt_len(skb))) {
1222                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1223                          cl->agg->lmax, qdisc_pkt_len(skb), cl->common.classid);
1224                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight,
1225                                      qdisc_pkt_len(skb));
1226                 if (err) {
1227                         cl->qstats.drops++;
1228                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1229                 }
1230         }
1231
1232         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1233         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1234                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1235                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1236                         cl->qstats.drops++;
1237                         qdisc_qstats_drop(sch);
1238                 }
1239                 return err;
1240         }
1241
1242         bstats_update(&cl->bstats, skb);
1243         qdisc_qstats_backlog_inc(sch, skb);
1244         ++sch->q.qlen;
1245
1246         agg = cl->agg;
1247         /* if the queue was not empty, then done here */
1248         if (cl->qdisc->q.qlen != 1) {
1249                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1250                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1251                     == cl && cl->deficit < qdisc_pkt_len(skb))
1252                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1253
1254                 return err;
1255         }
1256
1257         /* schedule class for service within the aggregate */
1258         cl->deficit = agg->lmax;
1259         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1260
1261         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1262             q->in_serv_agg == agg)
1263                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1264
1265         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1266
1267         return err;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1272  */
1273 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1274 {
1275         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1276         u64 roundedS;
1277         int s;
1278
1279         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1280
1281         /*
1282          * Insert agg in the correct bucket.
1283          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1284          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1285          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1286          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1287          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1288          * was in ER make sure to adjust V.
1289          */
1290         if (grp->full_slots) {
1291                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1292                         goto skip_update;
1293
1294                 /* create a slot for this agg->S */
1295                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1296                 /* group was surely ineligible, remove */
1297                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1298                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1299         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1300                    q->in_serv_agg == NULL)
1301                 q->V = roundedS;
1302
1303         grp->S = roundedS;
1304         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1305         s = qfq_calc_state(q, grp);
1306         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1307
1308         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1309                  s, q->bitmaps[s],
1310                  (unsigned long long) agg->S,
1311                  (unsigned long long) agg->F,
1312                  (unsigned long long) q->V);
1313
1314 skip_update:
1315         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1316 }
1317
1318
1319 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1320 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1321                              enum update_reason reason)
1322 {
1323         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1324
1325         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1326         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1327                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1328                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1329                 q->oldV = q->V = agg->S;
1330         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1331                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1332 }
1333
1334 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1335                             struct qfq_aggregate *agg)
1336 {
1337         unsigned int i, offset;
1338         u64 roundedS;
1339
1340         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1341         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1342
1343         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1344
1345         hlist_del(&agg->next);
1346         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1347                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1348 }
1349
1350 /*
1351  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1352  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1353  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1354  * side effects.
1355  * Otherwise we must propagate the event up.
1356  */
1357 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1358 {
1359         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1360         unsigned long mask;
1361         u64 roundedS;
1362         int s;
1363
1364         if (agg == q->in_serv_agg) {
1365                 charge_actual_service(agg);
1366                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1367                 return;
1368         }
1369
1370         agg->F = agg->S;
1371         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1372
1373         if (!grp->full_slots) {
1374                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1375                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1376                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1377
1378                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1379                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1380                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1381                         if (mask)
1382                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1383                         else
1384                                 mask = ~0UL;
1385                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1386                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1387                 }
1388                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1389         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1390                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1391                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1392                 if (grp->S != roundedS) {
1393                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1394                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1395                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1396                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1397                         grp->S = roundedS;
1398                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1399                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1400                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1401                 }
1402         }
1403 }
1404
1405 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1406 {
1407         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1408         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1409
1410         qfq_deactivate_class(q, cl);
1411 }
1412
1413 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt)
1414 {
1415         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1416         struct qfq_group *grp;
1417         int i, j, err;
1418         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1419
1420         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list);
1421         if (err)
1422                 return err;
1423
1424         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1425         if (err < 0)
1426                 return err;
1427
1428         max_classes = min_t(u64, (u64)qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1,
1429                             QFQ_MAX_AGG_CLASSES);
1430         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1431         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1432         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1433
1434         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1435         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1436         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1437
1438         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1439                 grp = &q->groups[i];
1440                 grp->index = i;
1441                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1442                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1443                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1444         }
1445
1446         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1447
1448         return 0;
1449 }
1450
1451 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1452 {
1453         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1454         struct qfq_class *cl;
1455         unsigned int i;
1456
1457         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1458                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1459                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1460                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1461
1462                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1463                 }
1464         }
1465         sch->qstats.backlog = 0;
1466         sch->q.qlen = 0;
1467 }
1468
1469 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1470 {
1471         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1472         struct qfq_class *cl;
1473         struct hlist_node *next;
1474         unsigned int i;
1475
1476         tcf_block_put(q->block);
1477
1478         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1479                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1480                                           common.hnode) {
1481                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1482                 }
1483         }
1484         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1485 }
1486
1487 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1488         .change         = qfq_change_class,
1489         .delete         = qfq_delete_class,
1490         .find           = qfq_search_class,
1491         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1492         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1493         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1494         .graft          = qfq_graft_class,
1495         .leaf           = qfq_class_leaf,
1496         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1497         .dump           = qfq_dump_class,
1498         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1499         .walk           = qfq_walk,
1500 };
1501
1502 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1503         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1504         .id             = "qfq",
1505         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1506         .enqueue        = qfq_enqueue,
1507         .dequeue        = qfq_dequeue,
1508         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1509         .init           = qfq_init_qdisc,
1510         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1511         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1512         .owner          = THIS_MODULE,
1513 };
1514
1515 static int __init qfq_init(void)
1516 {
1517         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1518 }
1519
1520 static void __exit qfq_exit(void)
1521 {
1522         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1523 }
1524
1525 module_init(qfq_init);
1526 module_exit(qfq_exit);
1527 MODULE_LICENSE("GPL");