Merge tag 'Smack-for-6.5' of https://github.com/cschaufler/smack-next
[linux-2.6-microblaze.git] / net / sched / sch_qfq.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * net/sched/sch_qfq.c         Quick Fair Queueing Plus Scheduler.
4  *
5  * Copyright (c) 2009 Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente.
6  * Copyright (c) 2012 Paolo Valente.
7  */
8
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/bitops.h>
12 #include <linux/errno.h>
13 #include <linux/netdevice.h>
14 #include <linux/pkt_sched.h>
15 #include <net/sch_generic.h>
16 #include <net/pkt_sched.h>
17 #include <net/pkt_cls.h>
18
19
20 /*  Quick Fair Queueing Plus
21     ========================
22
23     Sources:
24
25     [1] Paolo Valente,
26     "Reducing the Execution Time of Fair-Queueing Schedulers."
27     http://algo.ing.unimo.it/people/paolo/agg-sched/agg-sched.pdf
28
29     Sources for QFQ:
30
31     [2] Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente: "QFQ: Efficient
32     Packet Scheduling with Tight Bandwidth Distribution Guarantees."
33
34     See also:
35     http://retis.sssup.it/~fabio/linux/qfq/
36  */
37
38 /*
39
40   QFQ+ divides classes into aggregates of at most MAX_AGG_CLASSES
41   classes. Each aggregate is timestamped with a virtual start time S
42   and a virtual finish time F, and scheduled according to its
43   timestamps. S and F are computed as a function of a system virtual
44   time function V. The classes within each aggregate are instead
45   scheduled with DRR.
46
47   To speed up operations, QFQ+ divides also aggregates into a limited
48   number of groups. Which group a class belongs to depends on the
49   ratio between the maximum packet length for the class and the weight
50   of the class. Groups have their own S and F. In the end, QFQ+
51   schedules groups, then aggregates within groups, then classes within
52   aggregates. See [1] and [2] for a full description.
53
54   Virtual time computations.
55
56   S, F and V are all computed in fixed point arithmetic with
57   FRAC_BITS decimal bits.
58
59   QFQ_MAX_INDEX is the maximum index allowed for a group. We need
60         one bit per index.
61   QFQ_MAX_WSHIFT is the maximum power of two supported as a weight.
62
63   The layout of the bits is as below:
64
65                    [ MTU_SHIFT ][      FRAC_BITS    ]
66                    [ MAX_INDEX    ][ MIN_SLOT_SHIFT ]
67                                  ^.__grp->index = 0
68                                  *.__grp->slot_shift
69
70   where MIN_SLOT_SHIFT is derived by difference from the others.
71
72   The max group index corresponds to Lmax/w_min, where
73   Lmax=1<<MTU_SHIFT, w_min = 1 .
74   From this, and knowing how many groups (MAX_INDEX) we want,
75   we can derive the shift corresponding to each group.
76
77   Because we often need to compute
78         F = S + len/w_i  and V = V + len/wsum
79   instead of storing w_i store the value
80         inv_w = (1<<FRAC_BITS)/w_i
81   so we can do F = S + len * inv_w * wsum.
82   We use W_TOT in the formulas so we can easily move between
83   static and adaptive weight sum.
84
85   The per-scheduler-instance data contain all the data structures
86   for the scheduler: bitmaps and bucket lists.
87
88  */
89
90 /*
91  * Maximum number of consecutive slots occupied by backlogged classes
92  * inside a group.
93  */
94 #define QFQ_MAX_SLOTS   32
95
96 /*
97  * Shifts used for aggregate<->group mapping.  We allow class weights that are
98  * in the range [1, 2^MAX_WSHIFT], and we try to map each aggregate i to the
99  * group with the smallest index that can support the L_i / r_i configured
100  * for the classes in the aggregate.
101  *
102  * grp->index is the index of the group; and grp->slot_shift
103  * is the shift for the corresponding (scaled) sigma_i.
104  */
105 #define QFQ_MAX_INDEX           24
106 #define QFQ_MAX_WSHIFT          10
107
108 #define QFQ_MAX_WEIGHT          (1<<QFQ_MAX_WSHIFT) /* see qfq_slot_insert */
109 #define QFQ_MAX_WSUM            (64*QFQ_MAX_WEIGHT)
110
111 #define FRAC_BITS               30      /* fixed point arithmetic */
112 #define ONE_FP                  (1UL << FRAC_BITS)
113
114 #define QFQ_MTU_SHIFT           16      /* to support TSO/GSO */
115 #define QFQ_MIN_LMAX            512     /* see qfq_slot_insert */
116 #define QFQ_MAX_LMAX            (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)
117
118 #define QFQ_MAX_AGG_CLASSES     8 /* max num classes per aggregate allowed */
119
120 /*
121  * Possible group states.  These values are used as indexes for the bitmaps
122  * array of struct qfq_queue.
123  */
124 enum qfq_state { ER, IR, EB, IB, QFQ_MAX_STATE };
125
126 struct qfq_group;
127
128 struct qfq_aggregate;
129
130 struct qfq_class {
131         struct Qdisc_class_common common;
132
133         unsigned int filter_cnt;
134
135         struct gnet_stats_basic_sync bstats;
136         struct gnet_stats_queue qstats;
137         struct net_rate_estimator __rcu *rate_est;
138         struct Qdisc *qdisc;
139         struct list_head alist;         /* Link for active-classes list. */
140         struct qfq_aggregate *agg;      /* Parent aggregate. */
141         int deficit;                    /* DRR deficit counter. */
142 };
143
144 struct qfq_aggregate {
145         struct hlist_node next; /* Link for the slot list. */
146         u64 S, F;               /* flow timestamps (exact) */
147
148         /* group we belong to. In principle we would need the index,
149          * which is log_2(lmax/weight), but we never reference it
150          * directly, only the group.
151          */
152         struct qfq_group *grp;
153
154         /* these are copied from the flowset. */
155         u32     class_weight; /* Weight of each class in this aggregate. */
156         /* Max pkt size for the classes in this aggregate, DRR quantum. */
157         int     lmax;
158
159         u32     inv_w;      /* ONE_FP/(sum of weights of classes in aggr.). */
160         u32     budgetmax;  /* Max budget for this aggregate. */
161         u32     initial_budget, budget;     /* Initial and current budget. */
162
163         int               num_classes;  /* Number of classes in this aggr. */
164         struct list_head  active;       /* DRR queue of active classes. */
165
166         struct hlist_node nonfull_next; /* See nonfull_aggs in qfq_sched. */
167 };
168
169 struct qfq_group {
170         u64 S, F;                       /* group timestamps (approx). */
171         unsigned int slot_shift;        /* Slot shift. */
172         unsigned int index;             /* Group index. */
173         unsigned int front;             /* Index of the front slot. */
174         unsigned long full_slots;       /* non-empty slots */
175
176         /* Array of RR lists of active aggregates. */
177         struct hlist_head slots[QFQ_MAX_SLOTS];
178 };
179
180 struct qfq_sched {
181         struct tcf_proto __rcu *filter_list;
182         struct tcf_block        *block;
183         struct Qdisc_class_hash clhash;
184
185         u64                     oldV, V;        /* Precise virtual times. */
186         struct qfq_aggregate    *in_serv_agg;   /* Aggregate being served. */
187         u32                     wsum;           /* weight sum */
188         u32                     iwsum;          /* inverse weight sum */
189
190         unsigned long bitmaps[QFQ_MAX_STATE];       /* Group bitmaps. */
191         struct qfq_group groups[QFQ_MAX_INDEX + 1]; /* The groups. */
192         u32 min_slot_shift;     /* Index of the group-0 bit in the bitmaps. */
193
194         u32 max_agg_classes;            /* Max number of classes per aggr. */
195         struct hlist_head nonfull_aggs; /* Aggs with room for more classes. */
196 };
197
198 /*
199  * Possible reasons why the timestamps of an aggregate are updated
200  * enqueue: the aggregate switches from idle to active and must scheduled
201  *          for service
202  * requeue: the aggregate finishes its budget, so it stops being served and
203  *          must be rescheduled for service
204  */
205 enum update_reason {enqueue, requeue};
206
207 static struct qfq_class *qfq_find_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
208 {
209         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
210         struct Qdisc_class_common *clc;
211
212         clc = qdisc_class_find(&q->clhash, classid);
213         if (clc == NULL)
214                 return NULL;
215         return container_of(clc, struct qfq_class, common);
216 }
217
218 static struct netlink_range_validation lmax_range = {
219         .min = QFQ_MIN_LMAX,
220         .max = QFQ_MAX_LMAX,
221 };
222
223 static const struct nla_policy qfq_policy[TCA_QFQ_MAX + 1] = {
224         [TCA_QFQ_WEIGHT] = NLA_POLICY_RANGE(NLA_U32, 1, QFQ_MAX_WEIGHT),
225         [TCA_QFQ_LMAX] = NLA_POLICY_FULL_RANGE(NLA_U32, &lmax_range),
226 };
227
228 /*
229  * Calculate a flow index, given its weight and maximum packet length.
230  * index = log_2(maxlen/weight) but we need to apply the scaling.
231  * This is used only once at flow creation.
232  */
233 static int qfq_calc_index(u32 inv_w, unsigned int maxlen, u32 min_slot_shift)
234 {
235         u64 slot_size = (u64)maxlen * inv_w;
236         unsigned long size_map;
237         int index = 0;
238
239         size_map = slot_size >> min_slot_shift;
240         if (!size_map)
241                 goto out;
242
243         index = __fls(size_map) + 1;    /* basically a log_2 */
244         index -= !(slot_size - (1ULL << (index + min_slot_shift - 1)));
245
246         if (index < 0)
247                 index = 0;
248 out:
249         pr_debug("qfq calc_index: W = %lu, L = %u, I = %d\n",
250                  (unsigned long) ONE_FP/inv_w, maxlen, index);
251
252         return index;
253 }
254
255 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *);
256 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *,
257                              enum update_reason);
258
259 static void qfq_init_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
260                          u32 lmax, u32 weight)
261 {
262         INIT_LIST_HEAD(&agg->active);
263         hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
264
265         agg->lmax = lmax;
266         agg->class_weight = weight;
267 }
268
269 static struct qfq_aggregate *qfq_find_agg(struct qfq_sched *q,
270                                           u32 lmax, u32 weight)
271 {
272         struct qfq_aggregate *agg;
273
274         hlist_for_each_entry(agg, &q->nonfull_aggs, nonfull_next)
275                 if (agg->lmax == lmax && agg->class_weight == weight)
276                         return agg;
277
278         return NULL;
279 }
280
281
282 /* Update aggregate as a function of the new number of classes. */
283 static void qfq_update_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
284                            int new_num_classes)
285 {
286         u32 new_agg_weight;
287
288         if (new_num_classes == q->max_agg_classes)
289                 hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
290
291         if (agg->num_classes > new_num_classes &&
292             new_num_classes == q->max_agg_classes - 1) /* agg no more full */
293                 hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
294
295         /* The next assignment may let
296          * agg->initial_budget > agg->budgetmax
297          * hold, we will take it into account in charge_actual_service().
298          */
299         agg->budgetmax = new_num_classes * agg->lmax;
300         new_agg_weight = agg->class_weight * new_num_classes;
301         agg->inv_w = ONE_FP/new_agg_weight;
302
303         if (agg->grp == NULL) {
304                 int i = qfq_calc_index(agg->inv_w, agg->budgetmax,
305                                        q->min_slot_shift);
306                 agg->grp = &q->groups[i];
307         }
308
309         q->wsum +=
310                 (int) agg->class_weight * (new_num_classes - agg->num_classes);
311         q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
312
313         agg->num_classes = new_num_classes;
314 }
315
316 /* Add class to aggregate. */
317 static void qfq_add_to_agg(struct qfq_sched *q,
318                            struct qfq_aggregate *agg,
319                            struct qfq_class *cl)
320 {
321         cl->agg = agg;
322
323         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes+1);
324         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) { /* adding an active class */
325                 list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
326                 if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) ==
327                     cl && q->in_serv_agg != agg) /* agg was inactive */
328                         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue); /* schedule agg */
329         }
330 }
331
332 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *);
333
334 static void qfq_destroy_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
335 {
336         hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
337         q->wsum -= agg->class_weight;
338         if (q->wsum != 0)
339                 q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
340
341         if (q->in_serv_agg == agg)
342                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
343         kfree(agg);
344 }
345
346 /* Deschedule class from within its parent aggregate. */
347 static void qfq_deactivate_class(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
348 {
349         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
350
351
352         list_del(&cl->alist); /* remove from RR queue of the aggregate */
353         if (list_empty(&agg->active)) /* agg is now inactive */
354                 qfq_deactivate_agg(q, agg);
355 }
356
357 /* Remove class from its parent aggregate. */
358 static void qfq_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
359 {
360         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
361
362         cl->agg = NULL;
363         if (agg->num_classes == 1) { /* agg being emptied, destroy it */
364                 qfq_destroy_agg(q, agg);
365                 return;
366         }
367         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes-1);
368 }
369
370 /* Deschedule class and remove it from its parent aggregate. */
371 static void qfq_deact_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
372 {
373         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) /* class is active */
374                 qfq_deactivate_class(q, cl);
375
376         qfq_rm_from_agg(q, cl);
377 }
378
379 /* Move class to a new aggregate, matching the new class weight and/or lmax */
380 static int qfq_change_agg(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl, u32 weight,
381                            u32 lmax)
382 {
383         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
384         struct qfq_aggregate *new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
385
386         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
387                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
388                 if (new_agg == NULL)
389                         return -ENOBUFS;
390                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
391         }
392         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
393         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
394
395         return 0;
396 }
397
398 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
399                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg,
400                             struct netlink_ext_ack *extack)
401 {
402         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
403         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
404         bool existing = false;
405         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
406         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
407         u32 weight, lmax, inv_w;
408         int err;
409         int delta_w;
410
411         if (NL_REQ_ATTR_CHECK(extack, NULL, tca, TCA_OPTIONS)) {
412                 NL_SET_ERR_MSG_MOD(extack, "missing options");
413                 return -EINVAL;
414         }
415
416         err = nla_parse_nested_deprecated(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS],
417                                           qfq_policy, extack);
418         if (err < 0)
419                 return err;
420
421         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT])
422                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
423         else
424                 weight = 1;
425
426         if (tb[TCA_QFQ_LMAX])
427                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
428         else
429                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
430
431         inv_w = ONE_FP / weight;
432         weight = ONE_FP / inv_w;
433
434         if (cl != NULL &&
435             lmax == cl->agg->lmax &&
436             weight == cl->agg->class_weight)
437                 return 0; /* nothing to change */
438
439         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
440
441         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
442                 NL_SET_ERR_MSG_FMT_MOD(extack,
443                                        "total weight out of range (%d + %u)\n",
444                                        delta_w, q->wsum);
445                 return -EINVAL;
446         }
447
448         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
449                 if (tca[TCA_RATE]) {
450                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
451                                                     &cl->rate_est,
452                                                     NULL,
453                                                     true,
454                                                     tca[TCA_RATE]);
455                         if (err)
456                                 return err;
457                 }
458                 existing = true;
459                 goto set_change_agg;
460         }
461
462         /* create and init new class */
463         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
464         if (cl == NULL)
465                 return -ENOBUFS;
466
467         gnet_stats_basic_sync_init(&cl->bstats);
468         cl->common.classid = classid;
469         cl->deficit = lmax;
470
471         cl->qdisc = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
472                                       classid, NULL);
473         if (cl->qdisc == NULL)
474                 cl->qdisc = &noop_qdisc;
475
476         if (tca[TCA_RATE]) {
477                 err = gen_new_estimator(&cl->bstats, NULL,
478                                         &cl->rate_est,
479                                         NULL,
480                                         true,
481                                         tca[TCA_RATE]);
482                 if (err)
483                         goto destroy_class;
484         }
485
486         if (cl->qdisc != &noop_qdisc)
487                 qdisc_hash_add(cl->qdisc, true);
488
489 set_change_agg:
490         sch_tree_lock(sch);
491         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
492         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
493                 sch_tree_unlock(sch);
494                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
495                 if (new_agg == NULL) {
496                         err = -ENOBUFS;
497                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
498                         goto destroy_class;
499                 }
500                 sch_tree_lock(sch);
501                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
502         }
503         if (existing)
504                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
505         else
506                 qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
507         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
508         sch_tree_unlock(sch);
509         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
510
511         *arg = (unsigned long)cl;
512         return 0;
513
514 destroy_class:
515         qdisc_put(cl->qdisc);
516         kfree(cl);
517         return err;
518 }
519
520 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
521 {
522         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
523
524         qfq_rm_from_agg(q, cl);
525         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
526         qdisc_put(cl->qdisc);
527         kfree(cl);
528 }
529
530 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
531                             struct netlink_ext_ack *extack)
532 {
533         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
534         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
535
536         if (cl->filter_cnt > 0)
537                 return -EBUSY;
538
539         sch_tree_lock(sch);
540
541         qdisc_purge_queue(cl->qdisc);
542         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
543
544         sch_tree_unlock(sch);
545
546         qfq_destroy_class(sch, cl);
547         return 0;
548 }
549
550 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
551 {
552         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
553 }
554
555 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
556                                        struct netlink_ext_ack *extack)
557 {
558         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
559
560         if (cl)
561                 return NULL;
562
563         return q->block;
564 }
565
566 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
567                                   u32 classid)
568 {
569         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
570
571         if (cl != NULL)
572                 cl->filter_cnt++;
573
574         return (unsigned long)cl;
575 }
576
577 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
578 {
579         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
580
581         cl->filter_cnt--;
582 }
583
584 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
585                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old,
586                            struct netlink_ext_ack *extack)
587 {
588         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
589
590         if (new == NULL) {
591                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
592                                         cl->common.classid, NULL);
593                 if (new == NULL)
594                         new = &noop_qdisc;
595         }
596
597         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
598         return 0;
599 }
600
601 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
602 {
603         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
604
605         return cl->qdisc;
606 }
607
608 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
609                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
610 {
611         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
612         struct nlattr *nest;
613
614         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
615         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
616         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
617
618         nest = nla_nest_start_noflag(skb, TCA_OPTIONS);
619         if (nest == NULL)
620                 goto nla_put_failure;
621         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
622             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
623                 goto nla_put_failure;
624         return nla_nest_end(skb, nest);
625
626 nla_put_failure:
627         nla_nest_cancel(skb, nest);
628         return -EMSGSIZE;
629 }
630
631 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
632                                 struct gnet_dump *d)
633 {
634         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
635         struct tc_qfq_stats xstats;
636
637         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
638
639         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
640         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
641
642         if (gnet_stats_copy_basic(d, NULL, &cl->bstats, true) < 0 ||
643             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
644             qdisc_qstats_copy(d, cl->qdisc) < 0)
645                 return -1;
646
647         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
648 }
649
650 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
651 {
652         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
653         struct qfq_class *cl;
654         unsigned int i;
655
656         if (arg->stop)
657                 return;
658
659         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
660                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
661                         if (!tc_qdisc_stats_dump(sch, (unsigned long)cl, arg))
662                                 return;
663                 }
664         }
665 }
666
667 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
668                                       int *qerr)
669 {
670         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
671         struct qfq_class *cl;
672         struct tcf_result res;
673         struct tcf_proto *fl;
674         int result;
675
676         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
677                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
678                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
679                 if (cl != NULL)
680                         return cl;
681         }
682
683         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
684         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
685         result = tcf_classify(skb, NULL, fl, &res, false);
686         if (result >= 0) {
687 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
688                 switch (result) {
689                 case TC_ACT_QUEUED:
690                 case TC_ACT_STOLEN:
691                 case TC_ACT_TRAP:
692                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
693                         fallthrough;
694                 case TC_ACT_SHOT:
695                         return NULL;
696                 }
697 #endif
698                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
699                 if (cl == NULL)
700                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
701                 return cl;
702         }
703
704         return NULL;
705 }
706
707 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
708 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
709 {
710         return (s64)(a - b) > 0;
711 }
712
713 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
714 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
715 {
716         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
717 }
718
719 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
720 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
721                                         unsigned long bitmap)
722 {
723         int index = __ffs(bitmap);
724         return &q->groups[index];
725 }
726 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
727 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
728 {
729         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
730 }
731
732 /*
733  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
734  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
735  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
736  */
737 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
738 {
739         /* if S > V we are not eligible */
740         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
741         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
742         struct qfq_group *next;
743
744         if (mask) {
745                 next = qfq_ffs(q, mask);
746                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
747                         state |= EB;
748         }
749
750         return state;
751 }
752
753
754 /*
755  * In principle
756  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
757  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
758  * but we should make sure that src != dst
759  */
760 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
761                                    int src, int dst)
762 {
763         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
764         q->bitmaps[src] &= ~mask;
765 }
766
767 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
768 {
769         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
770         struct qfq_group *next;
771
772         if (mask) {
773                 next = qfq_ffs(q, mask);
774                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
775                         return;
776         }
777
778         mask = (1UL << index) - 1;
779         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
780         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
781 }
782
783 /*
784  * perhaps
785  *
786         old_V ^= q->V;
787         old_V >>= q->min_slot_shift;
788         if (old_V) {
789                 ...
790         }
791  *
792  */
793 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
794 {
795         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
796         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
797
798         if (vslot != old_vslot) {
799                 unsigned long mask;
800                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
801
802                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
803                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
804                 else
805                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
806
807                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
808                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
809         }
810 }
811
812 /*
813  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
814  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
815  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
816  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
817  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
818  * position.
819  *
820  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
821  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
822  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
823  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
824  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
825  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
826  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
827  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
828  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
829  * if the parameters of some class are changed.
830  *
831  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
832  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
833  * 2 +
834  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
835  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
836  *
837  * The following function deals with this problem by backward-shifting
838  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
839  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
840  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
841  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
842  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
843  * would have been even lower than they are after the backward shift,
844  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
845  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
846  * service is postponed because of the backward-shift would have
847  * however waited for the service of agg before being served.
848  *
849  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
850  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
851  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
852  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
853  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
854  * activated. The activation of this aggregate should be properly
855  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
856  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
857  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
858  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
859  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
860  * of these unlucky aggregates.
861  *
862  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
863  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
864  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
865  * of a class.
866  */
867 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
868                             u64 roundedS)
869 {
870         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
871         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
872
873         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
874                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
875                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
876                 agg->S -= deltaS;
877                 agg->F -= deltaS;
878                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
879         }
880
881         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
882
883         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
884         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
885 }
886
887 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
888 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
889 {
890         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
891                            struct qfq_aggregate, next);
892 }
893
894 /*
895  * remove the entry from the slot
896  */
897 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
898 {
899         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
900
901         BUG_ON(!agg);
902         hlist_del(&agg->next);
903         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
904                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
905 }
906
907 /*
908  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
909  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
910  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
911  */
912 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
913 {
914         unsigned int i;
915
916         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
917                  grp->index, grp->full_slots);
918
919         if (grp->full_slots == 0)
920                 return NULL;
921
922         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
923         if (i > 0) {
924                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
925                 grp->full_slots >>= i;
926         }
927
928         return qfq_slot_head(grp);
929 }
930
931 /*
932  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
933  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
934  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
935  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
936  * This covers decreases in the group's start time, but what about
937  * increases of the start time ?
938  * Here too we should make sure that i is less than 32
939  */
940 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
941 {
942         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
943
944         grp->full_slots <<= i;
945         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
946 }
947
948 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
949 {
950         struct qfq_group *grp;
951         unsigned long ineligible;
952
953         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
954         if (ineligible) {
955                 if (!q->bitmaps[ER]) {
956                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
957                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
958                                 q->V = grp->S;
959                 }
960                 qfq_make_eligible(q);
961         }
962 }
963
964 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
965 static void agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
966                         struct qfq_class *cl, unsigned int len)
967 {
968         qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
969
970         cl->deficit -= (int) len;
971
972         if (cl->qdisc->q.qlen == 0) /* no more packets, remove from list */
973                 list_del(&cl->alist);
974         else if (cl->deficit < qdisc_pkt_len(cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc))) {
975                 cl->deficit += agg->lmax;
976                 list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
977         }
978 }
979
980 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
981                                            struct qfq_class **cl,
982                                            unsigned int *len)
983 {
984         struct sk_buff *skb;
985
986         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
987         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
988         if (skb == NULL)
989                 WARN_ONCE(1, "qfq_dequeue: non-workconserving leaf\n");
990         else
991                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
992
993         return skb;
994 }
995
996 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
997 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
998 {
999         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1000          * account that, after decreasing the number of classes in
1001          * agg, it may happen that
1002          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1003          */
1004         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1005                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1006
1007         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1008 }
1009
1010 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1011  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1012  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1013  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1014  *
1015  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1016  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1017  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1018  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1019  * We are guaranteed not to move S backward because
1020  * otherwise our group i would still be blocked.
1021  */
1022 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1023 {
1024         unsigned long mask;
1025         u64 limit, roundedF;
1026         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1027
1028         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1029         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1030
1031         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1032                 /* timestamp was stale */
1033                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1034                 if (mask) {
1035                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1036                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1037                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1038                                         agg->S = next->F;
1039                                 else /* preserve timestamp correctness */
1040                                         agg->S = limit;
1041                                 return;
1042                         }
1043                 }
1044                 agg->S = q->V;
1045         } else  /* timestamp is not stale */
1046                 agg->S = agg->F;
1047 }
1048
1049 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1050  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1051  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1052  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1053  */
1054 static inline void
1055 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1056                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1057 {
1058         if (reason != requeue)
1059                 qfq_update_start(q, agg);
1060         else /* just charge agg for the service received */
1061                 agg->S = agg->F;
1062
1063         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1064 }
1065
1066 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1067
1068 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1069 {
1070         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1071         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1072         struct qfq_class *cl;
1073         struct sk_buff *skb = NULL;
1074         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1075         unsigned int len = 0;
1076
1077         if (in_serv_agg == NULL)
1078                 return NULL;
1079
1080         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1081                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1082
1083         /*
1084          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1085          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1086          * class, then choose the next aggregate to serve.
1087          */
1088         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1089                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1090
1091                 /* recharge the budget of the aggregate */
1092                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1093                         in_serv_agg->budgetmax;
1094
1095                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1096                         /*
1097                          * Still active: reschedule for
1098                          * service. Possible optimization: if no other
1099                          * aggregate is active, then there is no point
1100                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1101                          * just keep it as the in-service one. This
1102                          * should be however a corner case, and to
1103                          * handle it, we would need to maintain an
1104                          * extra num_active_aggs field.
1105                         */
1106                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1107                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1108                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1109                         q->in_serv_agg = NULL;
1110                         return NULL;
1111                 }
1112
1113                 /*
1114                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1115                  * choose the new aggregate to serve.
1116                  */
1117                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1118                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1119         }
1120         if (!skb)
1121                 return NULL;
1122
1123         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1124         sch->q.qlen--;
1125         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1126
1127         agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1128         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1129          * owning pending packets with larger size than the new value
1130          * of lmax, then the following condition may hold.
1131          */
1132         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1133                 in_serv_agg->budget = 0;
1134         else
1135                 in_serv_agg->budget -= len;
1136
1137         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1138         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1139                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1140                  (unsigned long long) q->V);
1141
1142         return skb;
1143 }
1144
1145 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1146 {
1147         struct qfq_group *grp;
1148         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1149         u64 old_F;
1150
1151         qfq_update_eligible(q);
1152         q->oldV = q->V;
1153
1154         if (!q->bitmaps[ER])
1155                 return NULL;
1156
1157         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1158         old_F = grp->F;
1159
1160         agg = qfq_slot_head(grp);
1161
1162         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1163         qfq_front_slot_remove(grp);
1164
1165         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1166
1167         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1168                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1169         else {
1170                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1171                                               grp->slot_shift);
1172                 unsigned int s;
1173
1174                 if (grp->S == roundedS)
1175                         return agg;
1176                 grp->S = roundedS;
1177                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1178                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1179                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1180                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1181         }
1182
1183         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1184
1185         return agg;
1186 }
1187
1188 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1189                        struct sk_buff **to_free)
1190 {
1191         unsigned int len = qdisc_pkt_len(skb), gso_segs;
1192         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1193         struct qfq_class *cl;
1194         struct qfq_aggregate *agg;
1195         int err = 0;
1196         bool first;
1197
1198         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1199         if (cl == NULL) {
1200                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1201                         qdisc_qstats_drop(sch);
1202                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1203                 return err;
1204         }
1205         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1206
1207         if (unlikely(cl->agg->lmax < len)) {
1208                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1209                          cl->agg->lmax, len, cl->common.classid);
1210                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight, len);
1211                 if (err) {
1212                         cl->qstats.drops++;
1213                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1214                 }
1215         }
1216
1217         gso_segs = skb_is_gso(skb) ? skb_shinfo(skb)->gso_segs : 1;
1218         first = !cl->qdisc->q.qlen;
1219         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1220         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1221                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1222                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1223                         cl->qstats.drops++;
1224                         qdisc_qstats_drop(sch);
1225                 }
1226                 return err;
1227         }
1228
1229         _bstats_update(&cl->bstats, len, gso_segs);
1230         sch->qstats.backlog += len;
1231         ++sch->q.qlen;
1232
1233         agg = cl->agg;
1234         /* if the queue was not empty, then done here */
1235         if (!first) {
1236                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1237                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1238                     == cl && cl->deficit < len)
1239                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1240
1241                 return err;
1242         }
1243
1244         /* schedule class for service within the aggregate */
1245         cl->deficit = agg->lmax;
1246         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1247
1248         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1249             q->in_serv_agg == agg)
1250                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1251
1252         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1253
1254         return err;
1255 }
1256
1257 /*
1258  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1259  */
1260 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1261 {
1262         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1263         u64 roundedS;
1264         int s;
1265
1266         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1267
1268         /*
1269          * Insert agg in the correct bucket.
1270          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1271          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1272          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1273          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1274          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1275          * was in ER make sure to adjust V.
1276          */
1277         if (grp->full_slots) {
1278                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1279                         goto skip_update;
1280
1281                 /* create a slot for this agg->S */
1282                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1283                 /* group was surely ineligible, remove */
1284                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1285                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1286         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1287                    q->in_serv_agg == NULL)
1288                 q->V = roundedS;
1289
1290         grp->S = roundedS;
1291         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1292         s = qfq_calc_state(q, grp);
1293         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1294
1295         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1296                  s, q->bitmaps[s],
1297                  (unsigned long long) agg->S,
1298                  (unsigned long long) agg->F,
1299                  (unsigned long long) q->V);
1300
1301 skip_update:
1302         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1303 }
1304
1305
1306 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1307 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1308                              enum update_reason reason)
1309 {
1310         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1311
1312         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1313         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1314                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1315                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1316                 q->oldV = q->V = agg->S;
1317         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1318                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1319 }
1320
1321 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1322                             struct qfq_aggregate *agg)
1323 {
1324         unsigned int i, offset;
1325         u64 roundedS;
1326
1327         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1328         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1329
1330         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1331
1332         hlist_del(&agg->next);
1333         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1334                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1339  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1340  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1341  * side effects.
1342  * Otherwise we must propagate the event up.
1343  */
1344 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1345 {
1346         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1347         unsigned long mask;
1348         u64 roundedS;
1349         int s;
1350
1351         if (agg == q->in_serv_agg) {
1352                 charge_actual_service(agg);
1353                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1354                 return;
1355         }
1356
1357         agg->F = agg->S;
1358         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1359
1360         if (!grp->full_slots) {
1361                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1362                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1363                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1364
1365                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1366                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1367                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1368                         if (mask)
1369                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1370                         else
1371                                 mask = ~0UL;
1372                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1373                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1374                 }
1375                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1376         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1377                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1378                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1379                 if (grp->S != roundedS) {
1380                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1381                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1382                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1383                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1384                         grp->S = roundedS;
1385                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1386                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1387                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1388                 }
1389         }
1390 }
1391
1392 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1393 {
1394         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1395         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1396
1397         qfq_deactivate_class(q, cl);
1398 }
1399
1400 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1401                           struct netlink_ext_ack *extack)
1402 {
1403         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1404         struct qfq_group *grp;
1405         int i, j, err;
1406         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1407
1408         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list, sch, extack);
1409         if (err)
1410                 return err;
1411
1412         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1413         if (err < 0)
1414                 return err;
1415
1416         max_classes = min_t(u64, (u64)qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1,
1417                             QFQ_MAX_AGG_CLASSES);
1418         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1419         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1420         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1421
1422         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1423         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1424         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1425
1426         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1427                 grp = &q->groups[i];
1428                 grp->index = i;
1429                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1430                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1431                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1432         }
1433
1434         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1435
1436         return 0;
1437 }
1438
1439 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1440 {
1441         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1442         struct qfq_class *cl;
1443         unsigned int i;
1444
1445         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1446                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1447                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1448                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1449
1450                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1451                 }
1452         }
1453 }
1454
1455 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1456 {
1457         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1458         struct qfq_class *cl;
1459         struct hlist_node *next;
1460         unsigned int i;
1461
1462         tcf_block_put(q->block);
1463
1464         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1465                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1466                                           common.hnode) {
1467                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1468                 }
1469         }
1470         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1471 }
1472
1473 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1474         .change         = qfq_change_class,
1475         .delete         = qfq_delete_class,
1476         .find           = qfq_search_class,
1477         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1478         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1479         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1480         .graft          = qfq_graft_class,
1481         .leaf           = qfq_class_leaf,
1482         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1483         .dump           = qfq_dump_class,
1484         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1485         .walk           = qfq_walk,
1486 };
1487
1488 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1489         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1490         .id             = "qfq",
1491         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1492         .enqueue        = qfq_enqueue,
1493         .dequeue        = qfq_dequeue,
1494         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1495         .init           = qfq_init_qdisc,
1496         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1497         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1498         .owner          = THIS_MODULE,
1499 };
1500
1501 static int __init qfq_init(void)
1502 {
1503         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1504 }
1505
1506 static void __exit qfq_exit(void)
1507 {
1508         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1509 }
1510
1511 module_init(qfq_init);
1512 module_exit(qfq_exit);
1513 MODULE_LICENSE("GPL");