Merge tag 'for-5.16/block-2021-11-09' of git://git.kernel.dk/linux-block
[linux-2.6-microblaze.git] / net / ipv4 / tcp_bbr.c
1 /* Bottleneck Bandwidth and RTT (BBR) congestion control
2  *
3  * BBR congestion control computes the sending rate based on the delivery
4  * rate (throughput) estimated from ACKs. In a nutshell:
5  *
6  *   On each ACK, update our model of the network path:
7  *      bottleneck_bandwidth = windowed_max(delivered / elapsed, 10 round trips)
8  *      min_rtt = windowed_min(rtt, 10 seconds)
9  *   pacing_rate = pacing_gain * bottleneck_bandwidth
10  *   cwnd = max(cwnd_gain * bottleneck_bandwidth * min_rtt, 4)
11  *
12  * The core algorithm does not react directly to packet losses or delays,
13  * although BBR may adjust the size of next send per ACK when loss is
14  * observed, or adjust the sending rate if it estimates there is a
15  * traffic policer, in order to keep the drop rate reasonable.
16  *
17  * Here is a state transition diagram for BBR:
18  *
19  *             |
20  *             V
21  *    +---> STARTUP  ----+
22  *    |        |         |
23  *    |        V         |
24  *    |      DRAIN   ----+
25  *    |        |         |
26  *    |        V         |
27  *    +---> PROBE_BW ----+
28  *    |      ^    |      |
29  *    |      |    |      |
30  *    |      +----+      |
31  *    |                  |
32  *    +---- PROBE_RTT <--+
33  *
34  * A BBR flow starts in STARTUP, and ramps up its sending rate quickly.
35  * When it estimates the pipe is full, it enters DRAIN to drain the queue.
36  * In steady state a BBR flow only uses PROBE_BW and PROBE_RTT.
37  * A long-lived BBR flow spends the vast majority of its time remaining
38  * (repeatedly) in PROBE_BW, fully probing and utilizing the pipe's bandwidth
39  * in a fair manner, with a small, bounded queue. *If* a flow has been
40  * continuously sending for the entire min_rtt window, and hasn't seen an RTT
41  * sample that matches or decreases its min_rtt estimate for 10 seconds, then
42  * it briefly enters PROBE_RTT to cut inflight to a minimum value to re-probe
43  * the path's two-way propagation delay (min_rtt). When exiting PROBE_RTT, if
44  * we estimated that we reached the full bw of the pipe then we enter PROBE_BW;
45  * otherwise we enter STARTUP to try to fill the pipe.
46  *
47  * BBR is described in detail in:
48  *   "BBR: Congestion-Based Congestion Control",
49  *   Neal Cardwell, Yuchung Cheng, C. Stephen Gunn, Soheil Hassas Yeganeh,
50  *   Van Jacobson. ACM Queue, Vol. 14 No. 5, September-October 2016.
51  *
52  * There is a public e-mail list for discussing BBR development and testing:
53  *   https://groups.google.com/forum/#!forum/bbr-dev
54  *
55  * NOTE: BBR might be used with the fq qdisc ("man tc-fq") with pacing enabled,
56  * otherwise TCP stack falls back to an internal pacing using one high
57  * resolution timer per TCP socket and may use more resources.
58  */
59 #include <linux/btf.h>
60 #include <linux/btf_ids.h>
61 #include <linux/module.h>
62 #include <net/tcp.h>
63 #include <linux/inet_diag.h>
64 #include <linux/inet.h>
65 #include <linux/random.h>
66 #include <linux/win_minmax.h>
67
68 /* Scale factor for rate in pkt/uSec unit to avoid truncation in bandwidth
69  * estimation. The rate unit ~= (1500 bytes / 1 usec / 2^24) ~= 715 bps.
70  * This handles bandwidths from 0.06pps (715bps) to 256Mpps (3Tbps) in a u32.
71  * Since the minimum window is >=4 packets, the lower bound isn't
72  * an issue. The upper bound isn't an issue with existing technologies.
73  */
74 #define BW_SCALE 24
75 #define BW_UNIT (1 << BW_SCALE)
76
77 #define BBR_SCALE 8     /* scaling factor for fractions in BBR (e.g. gains) */
78 #define BBR_UNIT (1 << BBR_SCALE)
79
80 /* BBR has the following modes for deciding how fast to send: */
81 enum bbr_mode {
82         BBR_STARTUP,    /* ramp up sending rate rapidly to fill pipe */
83         BBR_DRAIN,      /* drain any queue created during startup */
84         BBR_PROBE_BW,   /* discover, share bw: pace around estimated bw */
85         BBR_PROBE_RTT,  /* cut inflight to min to probe min_rtt */
86 };
87
88 /* BBR congestion control block */
89 struct bbr {
90         u32     min_rtt_us;             /* min RTT in min_rtt_win_sec window */
91         u32     min_rtt_stamp;          /* timestamp of min_rtt_us */
92         u32     probe_rtt_done_stamp;   /* end time for BBR_PROBE_RTT mode */
93         struct minmax bw;       /* Max recent delivery rate in pkts/uS << 24 */
94         u32     rtt_cnt;            /* count of packet-timed rounds elapsed */
95         u32     next_rtt_delivered; /* scb->tx.delivered at end of round */
96         u64     cycle_mstamp;        /* time of this cycle phase start */
97         u32     mode:3,              /* current bbr_mode in state machine */
98                 prev_ca_state:3,     /* CA state on previous ACK */
99                 packet_conservation:1,  /* use packet conservation? */
100                 round_start:1,       /* start of packet-timed tx->ack round? */
101                 idle_restart:1,      /* restarting after idle? */
102                 probe_rtt_round_done:1,  /* a BBR_PROBE_RTT round at 4 pkts? */
103                 unused:13,
104                 lt_is_sampling:1,    /* taking long-term ("LT") samples now? */
105                 lt_rtt_cnt:7,        /* round trips in long-term interval */
106                 lt_use_bw:1;         /* use lt_bw as our bw estimate? */
107         u32     lt_bw;               /* LT est delivery rate in pkts/uS << 24 */
108         u32     lt_last_delivered;   /* LT intvl start: tp->delivered */
109         u32     lt_last_stamp;       /* LT intvl start: tp->delivered_mstamp */
110         u32     lt_last_lost;        /* LT intvl start: tp->lost */
111         u32     pacing_gain:10, /* current gain for setting pacing rate */
112                 cwnd_gain:10,   /* current gain for setting cwnd */
113                 full_bw_reached:1,   /* reached full bw in Startup? */
114                 full_bw_cnt:2,  /* number of rounds without large bw gains */
115                 cycle_idx:3,    /* current index in pacing_gain cycle array */
116                 has_seen_rtt:1, /* have we seen an RTT sample yet? */
117                 unused_b:5;
118         u32     prior_cwnd;     /* prior cwnd upon entering loss recovery */
119         u32     full_bw;        /* recent bw, to estimate if pipe is full */
120
121         /* For tracking ACK aggregation: */
122         u64     ack_epoch_mstamp;       /* start of ACK sampling epoch */
123         u16     extra_acked[2];         /* max excess data ACKed in epoch */
124         u32     ack_epoch_acked:20,     /* packets (S)ACKed in sampling epoch */
125                 extra_acked_win_rtts:5, /* age of extra_acked, in round trips */
126                 extra_acked_win_idx:1,  /* current index in extra_acked array */
127                 unused_c:6;
128 };
129
130 #define CYCLE_LEN       8       /* number of phases in a pacing gain cycle */
131
132 /* Window length of bw filter (in rounds): */
133 static const int bbr_bw_rtts = CYCLE_LEN + 2;
134 /* Window length of min_rtt filter (in sec): */
135 static const u32 bbr_min_rtt_win_sec = 10;
136 /* Minimum time (in ms) spent at bbr_cwnd_min_target in BBR_PROBE_RTT mode: */
137 static const u32 bbr_probe_rtt_mode_ms = 200;
138 /* Skip TSO below the following bandwidth (bits/sec): */
139 static const int bbr_min_tso_rate = 1200000;
140
141 /* Pace at ~1% below estimated bw, on average, to reduce queue at bottleneck.
142  * In order to help drive the network toward lower queues and low latency while
143  * maintaining high utilization, the average pacing rate aims to be slightly
144  * lower than the estimated bandwidth. This is an important aspect of the
145  * design.
146  */
147 static const int bbr_pacing_margin_percent = 1;
148
149 /* We use a high_gain value of 2/ln(2) because it's the smallest pacing gain
150  * that will allow a smoothly increasing pacing rate that will double each RTT
151  * and send the same number of packets per RTT that an un-paced, slow-starting
152  * Reno or CUBIC flow would:
153  */
154 static const int bbr_high_gain  = BBR_UNIT * 2885 / 1000 + 1;
155 /* The pacing gain of 1/high_gain in BBR_DRAIN is calculated to typically drain
156  * the queue created in BBR_STARTUP in a single round:
157  */
158 static const int bbr_drain_gain = BBR_UNIT * 1000 / 2885;
159 /* The gain for deriving steady-state cwnd tolerates delayed/stretched ACKs: */
160 static const int bbr_cwnd_gain  = BBR_UNIT * 2;
161 /* The pacing_gain values for the PROBE_BW gain cycle, to discover/share bw: */
162 static const int bbr_pacing_gain[] = {
163         BBR_UNIT * 5 / 4,       /* probe for more available bw */
164         BBR_UNIT * 3 / 4,       /* drain queue and/or yield bw to other flows */
165         BBR_UNIT, BBR_UNIT, BBR_UNIT,   /* cruise at 1.0*bw to utilize pipe, */
166         BBR_UNIT, BBR_UNIT, BBR_UNIT    /* without creating excess queue... */
167 };
168 /* Randomize the starting gain cycling phase over N phases: */
169 static const u32 bbr_cycle_rand = 7;
170
171 /* Try to keep at least this many packets in flight, if things go smoothly. For
172  * smooth functioning, a sliding window protocol ACKing every other packet
173  * needs at least 4 packets in flight:
174  */
175 static const u32 bbr_cwnd_min_target = 4;
176
177 /* To estimate if BBR_STARTUP mode (i.e. high_gain) has filled pipe... */
178 /* If bw has increased significantly (1.25x), there may be more bw available: */
179 static const u32 bbr_full_bw_thresh = BBR_UNIT * 5 / 4;
180 /* But after 3 rounds w/o significant bw growth, estimate pipe is full: */
181 static const u32 bbr_full_bw_cnt = 3;
182
183 /* "long-term" ("LT") bandwidth estimator parameters... */
184 /* The minimum number of rounds in an LT bw sampling interval: */
185 static const u32 bbr_lt_intvl_min_rtts = 4;
186 /* If lost/delivered ratio > 20%, interval is "lossy" and we may be policed: */
187 static const u32 bbr_lt_loss_thresh = 50;
188 /* If 2 intervals have a bw ratio <= 1/8, their bw is "consistent": */
189 static const u32 bbr_lt_bw_ratio = BBR_UNIT / 8;
190 /* If 2 intervals have a bw diff <= 4 Kbit/sec their bw is "consistent": */
191 static const u32 bbr_lt_bw_diff = 4000 / 8;
192 /* If we estimate we're policed, use lt_bw for this many round trips: */
193 static const u32 bbr_lt_bw_max_rtts = 48;
194
195 /* Gain factor for adding extra_acked to target cwnd: */
196 static const int bbr_extra_acked_gain = BBR_UNIT;
197 /* Window length of extra_acked window. */
198 static const u32 bbr_extra_acked_win_rtts = 5;
199 /* Max allowed val for ack_epoch_acked, after which sampling epoch is reset */
200 static const u32 bbr_ack_epoch_acked_reset_thresh = 1U << 20;
201 /* Time period for clamping cwnd increment due to ack aggregation */
202 static const u32 bbr_extra_acked_max_us = 100 * 1000;
203
204 static void bbr_check_probe_rtt_done(struct sock *sk);
205
206 /* Do we estimate that STARTUP filled the pipe? */
207 static bool bbr_full_bw_reached(const struct sock *sk)
208 {
209         const struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
210
211         return bbr->full_bw_reached;
212 }
213
214 /* Return the windowed max recent bandwidth sample, in pkts/uS << BW_SCALE. */
215 static u32 bbr_max_bw(const struct sock *sk)
216 {
217         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
218
219         return minmax_get(&bbr->bw);
220 }
221
222 /* Return the estimated bandwidth of the path, in pkts/uS << BW_SCALE. */
223 static u32 bbr_bw(const struct sock *sk)
224 {
225         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
226
227         return bbr->lt_use_bw ? bbr->lt_bw : bbr_max_bw(sk);
228 }
229
230 /* Return maximum extra acked in past k-2k round trips,
231  * where k = bbr_extra_acked_win_rtts.
232  */
233 static u16 bbr_extra_acked(const struct sock *sk)
234 {
235         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
236
237         return max(bbr->extra_acked[0], bbr->extra_acked[1]);
238 }
239
240 /* Return rate in bytes per second, optionally with a gain.
241  * The order here is chosen carefully to avoid overflow of u64. This should
242  * work for input rates of up to 2.9Tbit/sec and gain of 2.89x.
243  */
244 static u64 bbr_rate_bytes_per_sec(struct sock *sk, u64 rate, int gain)
245 {
246         unsigned int mss = tcp_sk(sk)->mss_cache;
247
248         rate *= mss;
249         rate *= gain;
250         rate >>= BBR_SCALE;
251         rate *= USEC_PER_SEC / 100 * (100 - bbr_pacing_margin_percent);
252         return rate >> BW_SCALE;
253 }
254
255 /* Convert a BBR bw and gain factor to a pacing rate in bytes per second. */
256 static unsigned long bbr_bw_to_pacing_rate(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
257 {
258         u64 rate = bw;
259
260         rate = bbr_rate_bytes_per_sec(sk, rate, gain);
261         rate = min_t(u64, rate, sk->sk_max_pacing_rate);
262         return rate;
263 }
264
265 /* Initialize pacing rate to: high_gain * init_cwnd / RTT. */
266 static void bbr_init_pacing_rate_from_rtt(struct sock *sk)
267 {
268         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
269         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
270         u64 bw;
271         u32 rtt_us;
272
273         if (tp->srtt_us) {              /* any RTT sample yet? */
274                 rtt_us = max(tp->srtt_us >> 3, 1U);
275                 bbr->has_seen_rtt = 1;
276         } else {                         /* no RTT sample yet */
277                 rtt_us = USEC_PER_MSEC;  /* use nominal default RTT */
278         }
279         bw = (u64)tp->snd_cwnd * BW_UNIT;
280         do_div(bw, rtt_us);
281         sk->sk_pacing_rate = bbr_bw_to_pacing_rate(sk, bw, bbr_high_gain);
282 }
283
284 /* Pace using current bw estimate and a gain factor. */
285 static void bbr_set_pacing_rate(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
286 {
287         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
288         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
289         unsigned long rate = bbr_bw_to_pacing_rate(sk, bw, gain);
290
291         if (unlikely(!bbr->has_seen_rtt && tp->srtt_us))
292                 bbr_init_pacing_rate_from_rtt(sk);
293         if (bbr_full_bw_reached(sk) || rate > sk->sk_pacing_rate)
294                 sk->sk_pacing_rate = rate;
295 }
296
297 /* override sysctl_tcp_min_tso_segs */
298 static u32 bbr_min_tso_segs(struct sock *sk)
299 {
300         return sk->sk_pacing_rate < (bbr_min_tso_rate >> 3) ? 1 : 2;
301 }
302
303 static u32 bbr_tso_segs_goal(struct sock *sk)
304 {
305         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
306         u32 segs, bytes;
307
308         /* Sort of tcp_tso_autosize() but ignoring
309          * driver provided sk_gso_max_size.
310          */
311         bytes = min_t(unsigned long,
312                       sk->sk_pacing_rate >> READ_ONCE(sk->sk_pacing_shift),
313                       GSO_MAX_SIZE - 1 - MAX_TCP_HEADER);
314         segs = max_t(u32, bytes / tp->mss_cache, bbr_min_tso_segs(sk));
315
316         return min(segs, 0x7FU);
317 }
318
319 /* Save "last known good" cwnd so we can restore it after losses or PROBE_RTT */
320 static void bbr_save_cwnd(struct sock *sk)
321 {
322         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
323         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
324
325         if (bbr->prev_ca_state < TCP_CA_Recovery && bbr->mode != BBR_PROBE_RTT)
326                 bbr->prior_cwnd = tp->snd_cwnd;  /* this cwnd is good enough */
327         else  /* loss recovery or BBR_PROBE_RTT have temporarily cut cwnd */
328                 bbr->prior_cwnd = max(bbr->prior_cwnd, tp->snd_cwnd);
329 }
330
331 static void bbr_cwnd_event(struct sock *sk, enum tcp_ca_event event)
332 {
333         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
334         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
335
336         if (event == CA_EVENT_TX_START && tp->app_limited) {
337                 bbr->idle_restart = 1;
338                 bbr->ack_epoch_mstamp = tp->tcp_mstamp;
339                 bbr->ack_epoch_acked = 0;
340                 /* Avoid pointless buffer overflows: pace at est. bw if we don't
341                  * need more speed (we're restarting from idle and app-limited).
342                  */
343                 if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW)
344                         bbr_set_pacing_rate(sk, bbr_bw(sk), BBR_UNIT);
345                 else if (bbr->mode == BBR_PROBE_RTT)
346                         bbr_check_probe_rtt_done(sk);
347         }
348 }
349
350 /* Calculate bdp based on min RTT and the estimated bottleneck bandwidth:
351  *
352  * bdp = ceil(bw * min_rtt * gain)
353  *
354  * The key factor, gain, controls the amount of queue. While a small gain
355  * builds a smaller queue, it becomes more vulnerable to noise in RTT
356  * measurements (e.g., delayed ACKs or other ACK compression effects). This
357  * noise may cause BBR to under-estimate the rate.
358  */
359 static u32 bbr_bdp(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
360 {
361         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
362         u32 bdp;
363         u64 w;
364
365         /* If we've never had a valid RTT sample, cap cwnd at the initial
366          * default. This should only happen when the connection is not using TCP
367          * timestamps and has retransmitted all of the SYN/SYNACK/data packets
368          * ACKed so far. In this case, an RTO can cut cwnd to 1, in which
369          * case we need to slow-start up toward something safe: TCP_INIT_CWND.
370          */
371         if (unlikely(bbr->min_rtt_us == ~0U))    /* no valid RTT samples yet? */
372                 return TCP_INIT_CWND;  /* be safe: cap at default initial cwnd*/
373
374         w = (u64)bw * bbr->min_rtt_us;
375
376         /* Apply a gain to the given value, remove the BW_SCALE shift, and
377          * round the value up to avoid a negative feedback loop.
378          */
379         bdp = (((w * gain) >> BBR_SCALE) + BW_UNIT - 1) / BW_UNIT;
380
381         return bdp;
382 }
383
384 /* To achieve full performance in high-speed paths, we budget enough cwnd to
385  * fit full-sized skbs in-flight on both end hosts to fully utilize the path:
386  *   - one skb in sending host Qdisc,
387  *   - one skb in sending host TSO/GSO engine
388  *   - one skb being received by receiver host LRO/GRO/delayed-ACK engine
389  * Don't worry, at low rates (bbr_min_tso_rate) this won't bloat cwnd because
390  * in such cases tso_segs_goal is 1. The minimum cwnd is 4 packets,
391  * which allows 2 outstanding 2-packet sequences, to try to keep pipe
392  * full even with ACK-every-other-packet delayed ACKs.
393  */
394 static u32 bbr_quantization_budget(struct sock *sk, u32 cwnd)
395 {
396         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
397
398         /* Allow enough full-sized skbs in flight to utilize end systems. */
399         cwnd += 3 * bbr_tso_segs_goal(sk);
400
401         /* Reduce delayed ACKs by rounding up cwnd to the next even number. */
402         cwnd = (cwnd + 1) & ~1U;
403
404         /* Ensure gain cycling gets inflight above BDP even for small BDPs. */
405         if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW && bbr->cycle_idx == 0)
406                 cwnd += 2;
407
408         return cwnd;
409 }
410
411 /* Find inflight based on min RTT and the estimated bottleneck bandwidth. */
412 static u32 bbr_inflight(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
413 {
414         u32 inflight;
415
416         inflight = bbr_bdp(sk, bw, gain);
417         inflight = bbr_quantization_budget(sk, inflight);
418
419         return inflight;
420 }
421
422 /* With pacing at lower layers, there's often less data "in the network" than
423  * "in flight". With TSQ and departure time pacing at lower layers (e.g. fq),
424  * we often have several skbs queued in the pacing layer with a pre-scheduled
425  * earliest departure time (EDT). BBR adapts its pacing rate based on the
426  * inflight level that it estimates has already been "baked in" by previous
427  * departure time decisions. We calculate a rough estimate of the number of our
428  * packets that might be in the network at the earliest departure time for the
429  * next skb scheduled:
430  *   in_network_at_edt = inflight_at_edt - (EDT - now) * bw
431  * If we're increasing inflight, then we want to know if the transmit of the
432  * EDT skb will push inflight above the target, so inflight_at_edt includes
433  * bbr_tso_segs_goal() from the skb departing at EDT. If decreasing inflight,
434  * then estimate if inflight will sink too low just before the EDT transmit.
435  */
436 static u32 bbr_packets_in_net_at_edt(struct sock *sk, u32 inflight_now)
437 {
438         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
439         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
440         u64 now_ns, edt_ns, interval_us;
441         u32 interval_delivered, inflight_at_edt;
442
443         now_ns = tp->tcp_clock_cache;
444         edt_ns = max(tp->tcp_wstamp_ns, now_ns);
445         interval_us = div_u64(edt_ns - now_ns, NSEC_PER_USEC);
446         interval_delivered = (u64)bbr_bw(sk) * interval_us >> BW_SCALE;
447         inflight_at_edt = inflight_now;
448         if (bbr->pacing_gain > BBR_UNIT)              /* increasing inflight */
449                 inflight_at_edt += bbr_tso_segs_goal(sk);  /* include EDT skb */
450         if (interval_delivered >= inflight_at_edt)
451                 return 0;
452         return inflight_at_edt - interval_delivered;
453 }
454
455 /* Find the cwnd increment based on estimate of ack aggregation */
456 static u32 bbr_ack_aggregation_cwnd(struct sock *sk)
457 {
458         u32 max_aggr_cwnd, aggr_cwnd = 0;
459
460         if (bbr_extra_acked_gain && bbr_full_bw_reached(sk)) {
461                 max_aggr_cwnd = ((u64)bbr_bw(sk) * bbr_extra_acked_max_us)
462                                 / BW_UNIT;
463                 aggr_cwnd = (bbr_extra_acked_gain * bbr_extra_acked(sk))
464                              >> BBR_SCALE;
465                 aggr_cwnd = min(aggr_cwnd, max_aggr_cwnd);
466         }
467
468         return aggr_cwnd;
469 }
470
471 /* An optimization in BBR to reduce losses: On the first round of recovery, we
472  * follow the packet conservation principle: send P packets per P packets acked.
473  * After that, we slow-start and send at most 2*P packets per P packets acked.
474  * After recovery finishes, or upon undo, we restore the cwnd we had when
475  * recovery started (capped by the target cwnd based on estimated BDP).
476  *
477  * TODO(ycheng/ncardwell): implement a rate-based approach.
478  */
479 static bool bbr_set_cwnd_to_recover_or_restore(
480         struct sock *sk, const struct rate_sample *rs, u32 acked, u32 *new_cwnd)
481 {
482         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
483         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
484         u8 prev_state = bbr->prev_ca_state, state = inet_csk(sk)->icsk_ca_state;
485         u32 cwnd = tp->snd_cwnd;
486
487         /* An ACK for P pkts should release at most 2*P packets. We do this
488          * in two steps. First, here we deduct the number of lost packets.
489          * Then, in bbr_set_cwnd() we slow start up toward the target cwnd.
490          */
491         if (rs->losses > 0)
492                 cwnd = max_t(s32, cwnd - rs->losses, 1);
493
494         if (state == TCP_CA_Recovery && prev_state != TCP_CA_Recovery) {
495                 /* Starting 1st round of Recovery, so do packet conservation. */
496                 bbr->packet_conservation = 1;
497                 bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;  /* start round now */
498                 /* Cut unused cwnd from app behavior, TSQ, or TSO deferral: */
499                 cwnd = tcp_packets_in_flight(tp) + acked;
500         } else if (prev_state >= TCP_CA_Recovery && state < TCP_CA_Recovery) {
501                 /* Exiting loss recovery; restore cwnd saved before recovery. */
502                 cwnd = max(cwnd, bbr->prior_cwnd);
503                 bbr->packet_conservation = 0;
504         }
505         bbr->prev_ca_state = state;
506
507         if (bbr->packet_conservation) {
508                 *new_cwnd = max(cwnd, tcp_packets_in_flight(tp) + acked);
509                 return true;    /* yes, using packet conservation */
510         }
511         *new_cwnd = cwnd;
512         return false;
513 }
514
515 /* Slow-start up toward target cwnd (if bw estimate is growing, or packet loss
516  * has drawn us down below target), or snap down to target if we're above it.
517  */
518 static void bbr_set_cwnd(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs,
519                          u32 acked, u32 bw, int gain)
520 {
521         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
522         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
523         u32 cwnd = tp->snd_cwnd, target_cwnd = 0;
524
525         if (!acked)
526                 goto done;  /* no packet fully ACKed; just apply caps */
527
528         if (bbr_set_cwnd_to_recover_or_restore(sk, rs, acked, &cwnd))
529                 goto done;
530
531         target_cwnd = bbr_bdp(sk, bw, gain);
532
533         /* Increment the cwnd to account for excess ACKed data that seems
534          * due to aggregation (of data and/or ACKs) visible in the ACK stream.
535          */
536         target_cwnd += bbr_ack_aggregation_cwnd(sk);
537         target_cwnd = bbr_quantization_budget(sk, target_cwnd);
538
539         /* If we're below target cwnd, slow start cwnd toward target cwnd. */
540         if (bbr_full_bw_reached(sk))  /* only cut cwnd if we filled the pipe */
541                 cwnd = min(cwnd + acked, target_cwnd);
542         else if (cwnd < target_cwnd || tp->delivered < TCP_INIT_CWND)
543                 cwnd = cwnd + acked;
544         cwnd = max(cwnd, bbr_cwnd_min_target);
545
546 done:
547         tp->snd_cwnd = min(cwnd, tp->snd_cwnd_clamp);   /* apply global cap */
548         if (bbr->mode == BBR_PROBE_RTT)  /* drain queue, refresh min_rtt */
549                 tp->snd_cwnd = min(tp->snd_cwnd, bbr_cwnd_min_target);
550 }
551
552 /* End cycle phase if it's time and/or we hit the phase's in-flight target. */
553 static bool bbr_is_next_cycle_phase(struct sock *sk,
554                                     const struct rate_sample *rs)
555 {
556         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
557         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
558         bool is_full_length =
559                 tcp_stamp_us_delta(tp->delivered_mstamp, bbr->cycle_mstamp) >
560                 bbr->min_rtt_us;
561         u32 inflight, bw;
562
563         /* The pacing_gain of 1.0 paces at the estimated bw to try to fully
564          * use the pipe without increasing the queue.
565          */
566         if (bbr->pacing_gain == BBR_UNIT)
567                 return is_full_length;          /* just use wall clock time */
568
569         inflight = bbr_packets_in_net_at_edt(sk, rs->prior_in_flight);
570         bw = bbr_max_bw(sk);
571
572         /* A pacing_gain > 1.0 probes for bw by trying to raise inflight to at
573          * least pacing_gain*BDP; this may take more than min_rtt if min_rtt is
574          * small (e.g. on a LAN). We do not persist if packets are lost, since
575          * a path with small buffers may not hold that much.
576          */
577         if (bbr->pacing_gain > BBR_UNIT)
578                 return is_full_length &&
579                         (rs->losses ||  /* perhaps pacing_gain*BDP won't fit */
580                          inflight >= bbr_inflight(sk, bw, bbr->pacing_gain));
581
582         /* A pacing_gain < 1.0 tries to drain extra queue we added if bw
583          * probing didn't find more bw. If inflight falls to match BDP then we
584          * estimate queue is drained; persisting would underutilize the pipe.
585          */
586         return is_full_length ||
587                 inflight <= bbr_inflight(sk, bw, BBR_UNIT);
588 }
589
590 static void bbr_advance_cycle_phase(struct sock *sk)
591 {
592         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
593         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
594
595         bbr->cycle_idx = (bbr->cycle_idx + 1) & (CYCLE_LEN - 1);
596         bbr->cycle_mstamp = tp->delivered_mstamp;
597 }
598
599 /* Gain cycling: cycle pacing gain to converge to fair share of available bw. */
600 static void bbr_update_cycle_phase(struct sock *sk,
601                                    const struct rate_sample *rs)
602 {
603         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
604
605         if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW && bbr_is_next_cycle_phase(sk, rs))
606                 bbr_advance_cycle_phase(sk);
607 }
608
609 static void bbr_reset_startup_mode(struct sock *sk)
610 {
611         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
612
613         bbr->mode = BBR_STARTUP;
614 }
615
616 static void bbr_reset_probe_bw_mode(struct sock *sk)
617 {
618         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
619
620         bbr->mode = BBR_PROBE_BW;
621         bbr->cycle_idx = CYCLE_LEN - 1 - prandom_u32_max(bbr_cycle_rand);
622         bbr_advance_cycle_phase(sk);    /* flip to next phase of gain cycle */
623 }
624
625 static void bbr_reset_mode(struct sock *sk)
626 {
627         if (!bbr_full_bw_reached(sk))
628                 bbr_reset_startup_mode(sk);
629         else
630                 bbr_reset_probe_bw_mode(sk);
631 }
632
633 /* Start a new long-term sampling interval. */
634 static void bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(struct sock *sk)
635 {
636         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
637         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
638
639         bbr->lt_last_stamp = div_u64(tp->delivered_mstamp, USEC_PER_MSEC);
640         bbr->lt_last_delivered = tp->delivered;
641         bbr->lt_last_lost = tp->lost;
642         bbr->lt_rtt_cnt = 0;
643 }
644
645 /* Completely reset long-term bandwidth sampling. */
646 static void bbr_reset_lt_bw_sampling(struct sock *sk)
647 {
648         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
649
650         bbr->lt_bw = 0;
651         bbr->lt_use_bw = 0;
652         bbr->lt_is_sampling = false;
653         bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(sk);
654 }
655
656 /* Long-term bw sampling interval is done. Estimate whether we're policed. */
657 static void bbr_lt_bw_interval_done(struct sock *sk, u32 bw)
658 {
659         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
660         u32 diff;
661
662         if (bbr->lt_bw) {  /* do we have bw from a previous interval? */
663                 /* Is new bw close to the lt_bw from the previous interval? */
664                 diff = abs(bw - bbr->lt_bw);
665                 if ((diff * BBR_UNIT <= bbr_lt_bw_ratio * bbr->lt_bw) ||
666                     (bbr_rate_bytes_per_sec(sk, diff, BBR_UNIT) <=
667                      bbr_lt_bw_diff)) {
668                         /* All criteria are met; estimate we're policed. */
669                         bbr->lt_bw = (bw + bbr->lt_bw) >> 1;  /* avg 2 intvls */
670                         bbr->lt_use_bw = 1;
671                         bbr->pacing_gain = BBR_UNIT;  /* try to avoid drops */
672                         bbr->lt_rtt_cnt = 0;
673                         return;
674                 }
675         }
676         bbr->lt_bw = bw;
677         bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(sk);
678 }
679
680 /* Token-bucket traffic policers are common (see "An Internet-Wide Analysis of
681  * Traffic Policing", SIGCOMM 2016). BBR detects token-bucket policers and
682  * explicitly models their policed rate, to reduce unnecessary losses. We
683  * estimate that we're policed if we see 2 consecutive sampling intervals with
684  * consistent throughput and high packet loss. If we think we're being policed,
685  * set lt_bw to the "long-term" average delivery rate from those 2 intervals.
686  */
687 static void bbr_lt_bw_sampling(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
688 {
689         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
690         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
691         u32 lost, delivered;
692         u64 bw;
693         u32 t;
694
695         if (bbr->lt_use_bw) {   /* already using long-term rate, lt_bw? */
696                 if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW && bbr->round_start &&
697                     ++bbr->lt_rtt_cnt >= bbr_lt_bw_max_rtts) {
698                         bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);    /* stop using lt_bw */
699                         bbr_reset_probe_bw_mode(sk);  /* restart gain cycling */
700                 }
701                 return;
702         }
703
704         /* Wait for the first loss before sampling, to let the policer exhaust
705          * its tokens and estimate the steady-state rate allowed by the policer.
706          * Starting samples earlier includes bursts that over-estimate the bw.
707          */
708         if (!bbr->lt_is_sampling) {
709                 if (!rs->losses)
710                         return;
711                 bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(sk);
712                 bbr->lt_is_sampling = true;
713         }
714
715         /* To avoid underestimates, reset sampling if we run out of data. */
716         if (rs->is_app_limited) {
717                 bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);
718                 return;
719         }
720
721         if (bbr->round_start)
722                 bbr->lt_rtt_cnt++;      /* count round trips in this interval */
723         if (bbr->lt_rtt_cnt < bbr_lt_intvl_min_rtts)
724                 return;         /* sampling interval needs to be longer */
725         if (bbr->lt_rtt_cnt > 4 * bbr_lt_intvl_min_rtts) {
726                 bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);  /* interval is too long */
727                 return;
728         }
729
730         /* End sampling interval when a packet is lost, so we estimate the
731          * policer tokens were exhausted. Stopping the sampling before the
732          * tokens are exhausted under-estimates the policed rate.
733          */
734         if (!rs->losses)
735                 return;
736
737         /* Calculate packets lost and delivered in sampling interval. */
738         lost = tp->lost - bbr->lt_last_lost;
739         delivered = tp->delivered - bbr->lt_last_delivered;
740         /* Is loss rate (lost/delivered) >= lt_loss_thresh? If not, wait. */
741         if (!delivered || (lost << BBR_SCALE) < bbr_lt_loss_thresh * delivered)
742                 return;
743
744         /* Find average delivery rate in this sampling interval. */
745         t = div_u64(tp->delivered_mstamp, USEC_PER_MSEC) - bbr->lt_last_stamp;
746         if ((s32)t < 1)
747                 return;         /* interval is less than one ms, so wait */
748         /* Check if can multiply without overflow */
749         if (t >= ~0U / USEC_PER_MSEC) {
750                 bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);  /* interval too long; reset */
751                 return;
752         }
753         t *= USEC_PER_MSEC;
754         bw = (u64)delivered * BW_UNIT;
755         do_div(bw, t);
756         bbr_lt_bw_interval_done(sk, bw);
757 }
758
759 /* Estimate the bandwidth based on how fast packets are delivered */
760 static void bbr_update_bw(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
761 {
762         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
763         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
764         u64 bw;
765
766         bbr->round_start = 0;
767         if (rs->delivered < 0 || rs->interval_us <= 0)
768                 return; /* Not a valid observation */
769
770         /* See if we've reached the next RTT */
771         if (!before(rs->prior_delivered, bbr->next_rtt_delivered)) {
772                 bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;
773                 bbr->rtt_cnt++;
774                 bbr->round_start = 1;
775                 bbr->packet_conservation = 0;
776         }
777
778         bbr_lt_bw_sampling(sk, rs);
779
780         /* Divide delivered by the interval to find a (lower bound) bottleneck
781          * bandwidth sample. Delivered is in packets and interval_us in uS and
782          * ratio will be <<1 for most connections. So delivered is first scaled.
783          */
784         bw = div64_long((u64)rs->delivered * BW_UNIT, rs->interval_us);
785
786         /* If this sample is application-limited, it is likely to have a very
787          * low delivered count that represents application behavior rather than
788          * the available network rate. Such a sample could drag down estimated
789          * bw, causing needless slow-down. Thus, to continue to send at the
790          * last measured network rate, we filter out app-limited samples unless
791          * they describe the path bw at least as well as our bw model.
792          *
793          * So the goal during app-limited phase is to proceed with the best
794          * network rate no matter how long. We automatically leave this
795          * phase when app writes faster than the network can deliver :)
796          */
797         if (!rs->is_app_limited || bw >= bbr_max_bw(sk)) {
798                 /* Incorporate new sample into our max bw filter. */
799                 minmax_running_max(&bbr->bw, bbr_bw_rtts, bbr->rtt_cnt, bw);
800         }
801 }
802
803 /* Estimates the windowed max degree of ack aggregation.
804  * This is used to provision extra in-flight data to keep sending during
805  * inter-ACK silences.
806  *
807  * Degree of ack aggregation is estimated as extra data acked beyond expected.
808  *
809  * max_extra_acked = "maximum recent excess data ACKed beyond max_bw * interval"
810  * cwnd += max_extra_acked
811  *
812  * Max extra_acked is clamped by cwnd and bw * bbr_extra_acked_max_us (100 ms).
813  * Max filter is an approximate sliding window of 5-10 (packet timed) round
814  * trips.
815  */
816 static void bbr_update_ack_aggregation(struct sock *sk,
817                                        const struct rate_sample *rs)
818 {
819         u32 epoch_us, expected_acked, extra_acked;
820         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
821         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
822
823         if (!bbr_extra_acked_gain || rs->acked_sacked <= 0 ||
824             rs->delivered < 0 || rs->interval_us <= 0)
825                 return;
826
827         if (bbr->round_start) {
828                 bbr->extra_acked_win_rtts = min(0x1F,
829                                                 bbr->extra_acked_win_rtts + 1);
830                 if (bbr->extra_acked_win_rtts >= bbr_extra_acked_win_rtts) {
831                         bbr->extra_acked_win_rtts = 0;
832                         bbr->extra_acked_win_idx = bbr->extra_acked_win_idx ?
833                                                    0 : 1;
834                         bbr->extra_acked[bbr->extra_acked_win_idx] = 0;
835                 }
836         }
837
838         /* Compute how many packets we expected to be delivered over epoch. */
839         epoch_us = tcp_stamp_us_delta(tp->delivered_mstamp,
840                                       bbr->ack_epoch_mstamp);
841         expected_acked = ((u64)bbr_bw(sk) * epoch_us) / BW_UNIT;
842
843         /* Reset the aggregation epoch if ACK rate is below expected rate or
844          * significantly large no. of ack received since epoch (potentially
845          * quite old epoch).
846          */
847         if (bbr->ack_epoch_acked <= expected_acked ||
848             (bbr->ack_epoch_acked + rs->acked_sacked >=
849              bbr_ack_epoch_acked_reset_thresh)) {
850                 bbr->ack_epoch_acked = 0;
851                 bbr->ack_epoch_mstamp = tp->delivered_mstamp;
852                 expected_acked = 0;
853         }
854
855         /* Compute excess data delivered, beyond what was expected. */
856         bbr->ack_epoch_acked = min_t(u32, 0xFFFFF,
857                                      bbr->ack_epoch_acked + rs->acked_sacked);
858         extra_acked = bbr->ack_epoch_acked - expected_acked;
859         extra_acked = min(extra_acked, tp->snd_cwnd);
860         if (extra_acked > bbr->extra_acked[bbr->extra_acked_win_idx])
861                 bbr->extra_acked[bbr->extra_acked_win_idx] = extra_acked;
862 }
863
864 /* Estimate when the pipe is full, using the change in delivery rate: BBR
865  * estimates that STARTUP filled the pipe if the estimated bw hasn't changed by
866  * at least bbr_full_bw_thresh (25%) after bbr_full_bw_cnt (3) non-app-limited
867  * rounds. Why 3 rounds: 1: rwin autotuning grows the rwin, 2: we fill the
868  * higher rwin, 3: we get higher delivery rate samples. Or transient
869  * cross-traffic or radio noise can go away. CUBIC Hystart shares a similar
870  * design goal, but uses delay and inter-ACK spacing instead of bandwidth.
871  */
872 static void bbr_check_full_bw_reached(struct sock *sk,
873                                       const struct rate_sample *rs)
874 {
875         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
876         u32 bw_thresh;
877
878         if (bbr_full_bw_reached(sk) || !bbr->round_start || rs->is_app_limited)
879                 return;
880
881         bw_thresh = (u64)bbr->full_bw * bbr_full_bw_thresh >> BBR_SCALE;
882         if (bbr_max_bw(sk) >= bw_thresh) {
883                 bbr->full_bw = bbr_max_bw(sk);
884                 bbr->full_bw_cnt = 0;
885                 return;
886         }
887         ++bbr->full_bw_cnt;
888         bbr->full_bw_reached = bbr->full_bw_cnt >= bbr_full_bw_cnt;
889 }
890
891 /* If pipe is probably full, drain the queue and then enter steady-state. */
892 static void bbr_check_drain(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
893 {
894         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
895
896         if (bbr->mode == BBR_STARTUP && bbr_full_bw_reached(sk)) {
897                 bbr->mode = BBR_DRAIN;  /* drain queue we created */
898                 tcp_sk(sk)->snd_ssthresh =
899                                 bbr_inflight(sk, bbr_max_bw(sk), BBR_UNIT);
900         }       /* fall through to check if in-flight is already small: */
901         if (bbr->mode == BBR_DRAIN &&
902             bbr_packets_in_net_at_edt(sk, tcp_packets_in_flight(tcp_sk(sk))) <=
903             bbr_inflight(sk, bbr_max_bw(sk), BBR_UNIT))
904                 bbr_reset_probe_bw_mode(sk);  /* we estimate queue is drained */
905 }
906
907 static void bbr_check_probe_rtt_done(struct sock *sk)
908 {
909         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
910         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
911
912         if (!(bbr->probe_rtt_done_stamp &&
913               after(tcp_jiffies32, bbr->probe_rtt_done_stamp)))
914                 return;
915
916         bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;  /* wait a while until PROBE_RTT */
917         tp->snd_cwnd = max(tp->snd_cwnd, bbr->prior_cwnd);
918         bbr_reset_mode(sk);
919 }
920
921 /* The goal of PROBE_RTT mode is to have BBR flows cooperatively and
922  * periodically drain the bottleneck queue, to converge to measure the true
923  * min_rtt (unloaded propagation delay). This allows the flows to keep queues
924  * small (reducing queuing delay and packet loss) and achieve fairness among
925  * BBR flows.
926  *
927  * The min_rtt filter window is 10 seconds. When the min_rtt estimate expires,
928  * we enter PROBE_RTT mode and cap the cwnd at bbr_cwnd_min_target=4 packets.
929  * After at least bbr_probe_rtt_mode_ms=200ms and at least one packet-timed
930  * round trip elapsed with that flight size <= 4, we leave PROBE_RTT mode and
931  * re-enter the previous mode. BBR uses 200ms to approximately bound the
932  * performance penalty of PROBE_RTT's cwnd capping to roughly 2% (200ms/10s).
933  *
934  * Note that flows need only pay 2% if they are busy sending over the last 10
935  * seconds. Interactive applications (e.g., Web, RPCs, video chunks) often have
936  * natural silences or low-rate periods within 10 seconds where the rate is low
937  * enough for long enough to drain its queue in the bottleneck. We pick up
938  * these min RTT measurements opportunistically with our min_rtt filter. :-)
939  */
940 static void bbr_update_min_rtt(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
941 {
942         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
943         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
944         bool filter_expired;
945
946         /* Track min RTT seen in the min_rtt_win_sec filter window: */
947         filter_expired = after(tcp_jiffies32,
948                                bbr->min_rtt_stamp + bbr_min_rtt_win_sec * HZ);
949         if (rs->rtt_us >= 0 &&
950             (rs->rtt_us < bbr->min_rtt_us ||
951              (filter_expired && !rs->is_ack_delayed))) {
952                 bbr->min_rtt_us = rs->rtt_us;
953                 bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;
954         }
955
956         if (bbr_probe_rtt_mode_ms > 0 && filter_expired &&
957             !bbr->idle_restart && bbr->mode != BBR_PROBE_RTT) {
958                 bbr->mode = BBR_PROBE_RTT;  /* dip, drain queue */
959                 bbr_save_cwnd(sk);  /* note cwnd so we can restore it */
960                 bbr->probe_rtt_done_stamp = 0;
961         }
962
963         if (bbr->mode == BBR_PROBE_RTT) {
964                 /* Ignore low rate samples during this mode. */
965                 tp->app_limited =
966                         (tp->delivered + tcp_packets_in_flight(tp)) ? : 1;
967                 /* Maintain min packets in flight for max(200 ms, 1 round). */
968                 if (!bbr->probe_rtt_done_stamp &&
969                     tcp_packets_in_flight(tp) <= bbr_cwnd_min_target) {
970                         bbr->probe_rtt_done_stamp = tcp_jiffies32 +
971                                 msecs_to_jiffies(bbr_probe_rtt_mode_ms);
972                         bbr->probe_rtt_round_done = 0;
973                         bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;
974                 } else if (bbr->probe_rtt_done_stamp) {
975                         if (bbr->round_start)
976                                 bbr->probe_rtt_round_done = 1;
977                         if (bbr->probe_rtt_round_done)
978                                 bbr_check_probe_rtt_done(sk);
979                 }
980         }
981         /* Restart after idle ends only once we process a new S/ACK for data */
982         if (rs->delivered > 0)
983                 bbr->idle_restart = 0;
984 }
985
986 static void bbr_update_gains(struct sock *sk)
987 {
988         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
989
990         switch (bbr->mode) {
991         case BBR_STARTUP:
992                 bbr->pacing_gain = bbr_high_gain;
993                 bbr->cwnd_gain   = bbr_high_gain;
994                 break;
995         case BBR_DRAIN:
996                 bbr->pacing_gain = bbr_drain_gain;      /* slow, to drain */
997                 bbr->cwnd_gain   = bbr_high_gain;       /* keep cwnd */
998                 break;
999         case BBR_PROBE_BW:
1000                 bbr->pacing_gain = (bbr->lt_use_bw ?
1001                                     BBR_UNIT :
1002                                     bbr_pacing_gain[bbr->cycle_idx]);
1003                 bbr->cwnd_gain   = bbr_cwnd_gain;
1004                 break;
1005         case BBR_PROBE_RTT:
1006                 bbr->pacing_gain = BBR_UNIT;
1007                 bbr->cwnd_gain   = BBR_UNIT;
1008                 break;
1009         default:
1010                 WARN_ONCE(1, "BBR bad mode: %u\n", bbr->mode);
1011                 break;
1012         }
1013 }
1014
1015 static void bbr_update_model(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
1016 {
1017         bbr_update_bw(sk, rs);
1018         bbr_update_ack_aggregation(sk, rs);
1019         bbr_update_cycle_phase(sk, rs);
1020         bbr_check_full_bw_reached(sk, rs);
1021         bbr_check_drain(sk, rs);
1022         bbr_update_min_rtt(sk, rs);
1023         bbr_update_gains(sk);
1024 }
1025
1026 static void bbr_main(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
1027 {
1028         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1029         u32 bw;
1030
1031         bbr_update_model(sk, rs);
1032
1033         bw = bbr_bw(sk);
1034         bbr_set_pacing_rate(sk, bw, bbr->pacing_gain);
1035         bbr_set_cwnd(sk, rs, rs->acked_sacked, bw, bbr->cwnd_gain);
1036 }
1037
1038 static void bbr_init(struct sock *sk)
1039 {
1040         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
1041         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1042
1043         bbr->prior_cwnd = 0;
1044         tp->snd_ssthresh = TCP_INFINITE_SSTHRESH;
1045         bbr->rtt_cnt = 0;
1046         bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;
1047         bbr->prev_ca_state = TCP_CA_Open;
1048         bbr->packet_conservation = 0;
1049
1050         bbr->probe_rtt_done_stamp = 0;
1051         bbr->probe_rtt_round_done = 0;
1052         bbr->min_rtt_us = tcp_min_rtt(tp);
1053         bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;
1054
1055         minmax_reset(&bbr->bw, bbr->rtt_cnt, 0);  /* init max bw to 0 */
1056
1057         bbr->has_seen_rtt = 0;
1058         bbr_init_pacing_rate_from_rtt(sk);
1059
1060         bbr->round_start = 0;
1061         bbr->idle_restart = 0;
1062         bbr->full_bw_reached = 0;
1063         bbr->full_bw = 0;
1064         bbr->full_bw_cnt = 0;
1065         bbr->cycle_mstamp = 0;
1066         bbr->cycle_idx = 0;
1067         bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);
1068         bbr_reset_startup_mode(sk);
1069
1070         bbr->ack_epoch_mstamp = tp->tcp_mstamp;
1071         bbr->ack_epoch_acked = 0;
1072         bbr->extra_acked_win_rtts = 0;
1073         bbr->extra_acked_win_idx = 0;
1074         bbr->extra_acked[0] = 0;
1075         bbr->extra_acked[1] = 0;
1076
1077         cmpxchg(&sk->sk_pacing_status, SK_PACING_NONE, SK_PACING_NEEDED);
1078 }
1079
1080 static u32 bbr_sndbuf_expand(struct sock *sk)
1081 {
1082         /* Provision 3 * cwnd since BBR may slow-start even during recovery. */
1083         return 3;
1084 }
1085
1086 /* In theory BBR does not need to undo the cwnd since it does not
1087  * always reduce cwnd on losses (see bbr_main()). Keep it for now.
1088  */
1089 static u32 bbr_undo_cwnd(struct sock *sk)
1090 {
1091         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1092
1093         bbr->full_bw = 0;   /* spurious slow-down; reset full pipe detection */
1094         bbr->full_bw_cnt = 0;
1095         bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);
1096         return tcp_sk(sk)->snd_cwnd;
1097 }
1098
1099 /* Entering loss recovery, so save cwnd for when we exit or undo recovery. */
1100 static u32 bbr_ssthresh(struct sock *sk)
1101 {
1102         bbr_save_cwnd(sk);
1103         return tcp_sk(sk)->snd_ssthresh;
1104 }
1105
1106 static size_t bbr_get_info(struct sock *sk, u32 ext, int *attr,
1107                            union tcp_cc_info *info)
1108 {
1109         if (ext & (1 << (INET_DIAG_BBRINFO - 1)) ||
1110             ext & (1 << (INET_DIAG_VEGASINFO - 1))) {
1111                 struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
1112                 struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1113                 u64 bw = bbr_bw(sk);
1114
1115                 bw = bw * tp->mss_cache * USEC_PER_SEC >> BW_SCALE;
1116                 memset(&info->bbr, 0, sizeof(info->bbr));
1117                 info->bbr.bbr_bw_lo             = (u32)bw;
1118                 info->bbr.bbr_bw_hi             = (u32)(bw >> 32);
1119                 info->bbr.bbr_min_rtt           = bbr->min_rtt_us;
1120                 info->bbr.bbr_pacing_gain       = bbr->pacing_gain;
1121                 info->bbr.bbr_cwnd_gain         = bbr->cwnd_gain;
1122                 *attr = INET_DIAG_BBRINFO;
1123                 return sizeof(info->bbr);
1124         }
1125         return 0;
1126 }
1127
1128 static void bbr_set_state(struct sock *sk, u8 new_state)
1129 {
1130         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1131
1132         if (new_state == TCP_CA_Loss) {
1133                 struct rate_sample rs = { .losses = 1 };
1134
1135                 bbr->prev_ca_state = TCP_CA_Loss;
1136                 bbr->full_bw = 0;
1137                 bbr->round_start = 1;   /* treat RTO like end of a round */
1138                 bbr_lt_bw_sampling(sk, &rs);
1139         }
1140 }
1141
1142 static struct tcp_congestion_ops tcp_bbr_cong_ops __read_mostly = {
1143         .flags          = TCP_CONG_NON_RESTRICTED,
1144         .name           = "bbr",
1145         .owner          = THIS_MODULE,
1146         .init           = bbr_init,
1147         .cong_control   = bbr_main,
1148         .sndbuf_expand  = bbr_sndbuf_expand,
1149         .undo_cwnd      = bbr_undo_cwnd,
1150         .cwnd_event     = bbr_cwnd_event,
1151         .ssthresh       = bbr_ssthresh,
1152         .min_tso_segs   = bbr_min_tso_segs,
1153         .get_info       = bbr_get_info,
1154         .set_state      = bbr_set_state,
1155 };
1156
1157 BTF_SET_START(tcp_bbr_kfunc_ids)
1158 #ifdef CONFIG_X86
1159 #ifdef CONFIG_DYNAMIC_FTRACE
1160 BTF_ID(func, bbr_init)
1161 BTF_ID(func, bbr_main)
1162 BTF_ID(func, bbr_sndbuf_expand)
1163 BTF_ID(func, bbr_undo_cwnd)
1164 BTF_ID(func, bbr_cwnd_event)
1165 BTF_ID(func, bbr_ssthresh)
1166 BTF_ID(func, bbr_min_tso_segs)
1167 BTF_ID(func, bbr_set_state)
1168 #endif
1169 #endif
1170 BTF_SET_END(tcp_bbr_kfunc_ids)
1171
1172 static DEFINE_KFUNC_BTF_ID_SET(&tcp_bbr_kfunc_ids, tcp_bbr_kfunc_btf_set);
1173
1174 static int __init bbr_register(void)
1175 {
1176         int ret;
1177
1178         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct bbr) > ICSK_CA_PRIV_SIZE);
1179         ret = tcp_register_congestion_control(&tcp_bbr_cong_ops);
1180         if (ret)
1181                 return ret;
1182         register_kfunc_btf_id_set(&bpf_tcp_ca_kfunc_list, &tcp_bbr_kfunc_btf_set);
1183         return 0;
1184 }
1185
1186 static void __exit bbr_unregister(void)
1187 {
1188         unregister_kfunc_btf_id_set(&bpf_tcp_ca_kfunc_list, &tcp_bbr_kfunc_btf_set);
1189         tcp_unregister_congestion_control(&tcp_bbr_cong_ops);
1190 }
1191
1192 module_init(bbr_register);
1193 module_exit(bbr_unregister);
1194
1195 MODULE_AUTHOR("Van Jacobson <vanj@google.com>");
1196 MODULE_AUTHOR("Neal Cardwell <ncardwell@google.com>");
1197 MODULE_AUTHOR("Yuchung Cheng <ycheng@google.com>");
1198 MODULE_AUTHOR("Soheil Hassas Yeganeh <soheil@google.com>");
1199 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1200 MODULE_DESCRIPTION("TCP BBR (Bottleneck Bandwidth and RTT)");