Merge remote-tracking branch 'torvalds/master' into perf/core
[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
117 #define QFQ_MAX_AGG_CLASSES     8 /* max num classes per aggregate allowed */
118
119 /*
120  * Possible group states.  These values are used as indexes for the bitmaps
121  * array of struct qfq_queue.
122  */
123 enum qfq_state { ER, IR, EB, IB, QFQ_MAX_STATE };
124
125 struct qfq_group;
126
127 struct qfq_aggregate;
128
129 struct qfq_class {
130         struct Qdisc_class_common common;
131
132         unsigned int filter_cnt;
133
134         struct gnet_stats_basic_packed bstats;
135         struct gnet_stats_queue qstats;
136         struct net_rate_estimator __rcu *rate_est;
137         struct Qdisc *qdisc;
138         struct list_head alist;         /* Link for active-classes list. */
139         struct qfq_aggregate *agg;      /* Parent aggregate. */
140         int deficit;                    /* DRR deficit counter. */
141 };
142
143 struct qfq_aggregate {
144         struct hlist_node next; /* Link for the slot list. */
145         u64 S, F;               /* flow timestamps (exact) */
146
147         /* group we belong to. In principle we would need the index,
148          * which is log_2(lmax/weight), but we never reference it
149          * directly, only the group.
150          */
151         struct qfq_group *grp;
152
153         /* these are copied from the flowset. */
154         u32     class_weight; /* Weight of each class in this aggregate. */
155         /* Max pkt size for the classes in this aggregate, DRR quantum. */
156         int     lmax;
157
158         u32     inv_w;      /* ONE_FP/(sum of weights of classes in aggr.). */
159         u32     budgetmax;  /* Max budget for this aggregate. */
160         u32     initial_budget, budget;     /* Initial and current budget. */
161
162         int               num_classes;  /* Number of classes in this aggr. */
163         struct list_head  active;       /* DRR queue of active classes. */
164
165         struct hlist_node nonfull_next; /* See nonfull_aggs in qfq_sched. */
166 };
167
168 struct qfq_group {
169         u64 S, F;                       /* group timestamps (approx). */
170         unsigned int slot_shift;        /* Slot shift. */
171         unsigned int index;             /* Group index. */
172         unsigned int front;             /* Index of the front slot. */
173         unsigned long full_slots;       /* non-empty slots */
174
175         /* Array of RR lists of active aggregates. */
176         struct hlist_head slots[QFQ_MAX_SLOTS];
177 };
178
179 struct qfq_sched {
180         struct tcf_proto __rcu *filter_list;
181         struct tcf_block        *block;
182         struct Qdisc_class_hash clhash;
183
184         u64                     oldV, V;        /* Precise virtual times. */
185         struct qfq_aggregate    *in_serv_agg;   /* Aggregate being served. */
186         u32                     wsum;           /* weight sum */
187         u32                     iwsum;          /* inverse weight sum */
188
189         unsigned long bitmaps[QFQ_MAX_STATE];       /* Group bitmaps. */
190         struct qfq_group groups[QFQ_MAX_INDEX + 1]; /* The groups. */
191         u32 min_slot_shift;     /* Index of the group-0 bit in the bitmaps. */
192
193         u32 max_agg_classes;            /* Max number of classes per aggr. */
194         struct hlist_head nonfull_aggs; /* Aggs with room for more classes. */
195 };
196
197 /*
198  * Possible reasons why the timestamps of an aggregate are updated
199  * enqueue: the aggregate switches from idle to active and must scheduled
200  *          for service
201  * requeue: the aggregate finishes its budget, so it stops being served and
202  *          must be rescheduled for service
203  */
204 enum update_reason {enqueue, requeue};
205
206 static struct qfq_class *qfq_find_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
207 {
208         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
209         struct Qdisc_class_common *clc;
210
211         clc = qdisc_class_find(&q->clhash, classid);
212         if (clc == NULL)
213                 return NULL;
214         return container_of(clc, struct qfq_class, common);
215 }
216
217 static const struct nla_policy qfq_policy[TCA_QFQ_MAX + 1] = {
218         [TCA_QFQ_WEIGHT] = { .type = NLA_U32 },
219         [TCA_QFQ_LMAX] = { .type = NLA_U32 },
220 };
221
222 /*
223  * Calculate a flow index, given its weight and maximum packet length.
224  * index = log_2(maxlen/weight) but we need to apply the scaling.
225  * This is used only once at flow creation.
226  */
227 static int qfq_calc_index(u32 inv_w, unsigned int maxlen, u32 min_slot_shift)
228 {
229         u64 slot_size = (u64)maxlen * inv_w;
230         unsigned long size_map;
231         int index = 0;
232
233         size_map = slot_size >> min_slot_shift;
234         if (!size_map)
235                 goto out;
236
237         index = __fls(size_map) + 1;    /* basically a log_2 */
238         index -= !(slot_size - (1ULL << (index + min_slot_shift - 1)));
239
240         if (index < 0)
241                 index = 0;
242 out:
243         pr_debug("qfq calc_index: W = %lu, L = %u, I = %d\n",
244                  (unsigned long) ONE_FP/inv_w, maxlen, index);
245
246         return index;
247 }
248
249 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *);
250 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *,
251                              enum update_reason);
252
253 static void qfq_init_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
254                          u32 lmax, u32 weight)
255 {
256         INIT_LIST_HEAD(&agg->active);
257         hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
258
259         agg->lmax = lmax;
260         agg->class_weight = weight;
261 }
262
263 static struct qfq_aggregate *qfq_find_agg(struct qfq_sched *q,
264                                           u32 lmax, u32 weight)
265 {
266         struct qfq_aggregate *agg;
267
268         hlist_for_each_entry(agg, &q->nonfull_aggs, nonfull_next)
269                 if (agg->lmax == lmax && agg->class_weight == weight)
270                         return agg;
271
272         return NULL;
273 }
274
275
276 /* Update aggregate as a function of the new number of classes. */
277 static void qfq_update_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
278                            int new_num_classes)
279 {
280         u32 new_agg_weight;
281
282         if (new_num_classes == q->max_agg_classes)
283                 hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
284
285         if (agg->num_classes > new_num_classes &&
286             new_num_classes == q->max_agg_classes - 1) /* agg no more full */
287                 hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
288
289         /* The next assignment may let
290          * agg->initial_budget > agg->budgetmax
291          * hold, we will take it into account in charge_actual_service().
292          */
293         agg->budgetmax = new_num_classes * agg->lmax;
294         new_agg_weight = agg->class_weight * new_num_classes;
295         agg->inv_w = ONE_FP/new_agg_weight;
296
297         if (agg->grp == NULL) {
298                 int i = qfq_calc_index(agg->inv_w, agg->budgetmax,
299                                        q->min_slot_shift);
300                 agg->grp = &q->groups[i];
301         }
302
303         q->wsum +=
304                 (int) agg->class_weight * (new_num_classes - agg->num_classes);
305         q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
306
307         agg->num_classes = new_num_classes;
308 }
309
310 /* Add class to aggregate. */
311 static void qfq_add_to_agg(struct qfq_sched *q,
312                            struct qfq_aggregate *agg,
313                            struct qfq_class *cl)
314 {
315         cl->agg = agg;
316
317         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes+1);
318         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) { /* adding an active class */
319                 list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
320                 if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) ==
321                     cl && q->in_serv_agg != agg) /* agg was inactive */
322                         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue); /* schedule agg */
323         }
324 }
325
326 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *);
327
328 static void qfq_destroy_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
329 {
330         hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
331         q->wsum -= agg->class_weight;
332         if (q->wsum != 0)
333                 q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
334
335         if (q->in_serv_agg == agg)
336                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
337         kfree(agg);
338 }
339
340 /* Deschedule class from within its parent aggregate. */
341 static void qfq_deactivate_class(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
342 {
343         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
344
345
346         list_del(&cl->alist); /* remove from RR queue of the aggregate */
347         if (list_empty(&agg->active)) /* agg is now inactive */
348                 qfq_deactivate_agg(q, agg);
349 }
350
351 /* Remove class from its parent aggregate. */
352 static void qfq_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
353 {
354         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
355
356         cl->agg = NULL;
357         if (agg->num_classes == 1) { /* agg being emptied, destroy it */
358                 qfq_destroy_agg(q, agg);
359                 return;
360         }
361         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes-1);
362 }
363
364 /* Deschedule class and remove it from its parent aggregate. */
365 static void qfq_deact_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
366 {
367         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) /* class is active */
368                 qfq_deactivate_class(q, cl);
369
370         qfq_rm_from_agg(q, cl);
371 }
372
373 /* Move class to a new aggregate, matching the new class weight and/or lmax */
374 static int qfq_change_agg(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl, u32 weight,
375                            u32 lmax)
376 {
377         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
378         struct qfq_aggregate *new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
379
380         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
381                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
382                 if (new_agg == NULL)
383                         return -ENOBUFS;
384                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
385         }
386         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
387         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
388
389         return 0;
390 }
391
392 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
393                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg,
394                             struct netlink_ext_ack *extack)
395 {
396         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
397         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
398         bool existing = false;
399         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
400         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
401         u32 weight, lmax, inv_w;
402         int err;
403         int delta_w;
404
405         if (tca[TCA_OPTIONS] == NULL) {
406                 pr_notice("qfq: no options\n");
407                 return -EINVAL;
408         }
409
410         err = nla_parse_nested_deprecated(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS],
411                                           qfq_policy, NULL);
412         if (err < 0)
413                 return err;
414
415         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT]) {
416                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
417                 if (!weight || weight > (1UL << QFQ_MAX_WSHIFT)) {
418                         pr_notice("qfq: invalid weight %u\n", weight);
419                         return -EINVAL;
420                 }
421         } else
422                 weight = 1;
423
424         if (tb[TCA_QFQ_LMAX]) {
425                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
426                 if (lmax < QFQ_MIN_LMAX || lmax > (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)) {
427                         pr_notice("qfq: invalid max length %u\n", lmax);
428                         return -EINVAL;
429                 }
430         } else
431                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
432
433         inv_w = ONE_FP / weight;
434         weight = ONE_FP / inv_w;
435
436         if (cl != NULL &&
437             lmax == cl->agg->lmax &&
438             weight == cl->agg->class_weight)
439                 return 0; /* nothing to change */
440
441         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
442
443         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
444                 pr_notice("qfq: total weight out of range (%d + %u)\n",
445                           delta_w, q->wsum);
446                 return -EINVAL;
447         }
448
449         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
450                 if (tca[TCA_RATE]) {
451                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
452                                                     &cl->rate_est,
453                                                     NULL,
454                                                     qdisc_root_sleeping_running(sch),
455                                                     tca[TCA_RATE]);
456                         if (err)
457                                 return err;
458                 }
459                 existing = true;
460                 goto set_change_agg;
461         }
462
463         /* create and init new class */
464         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
465         if (cl == NULL)
466                 return -ENOBUFS;
467
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                                         qdisc_root_sleeping_running(sch),
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         sch_tree_lock(sch);
489         qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
490         sch_tree_unlock(sch);
491
492         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
493
494 set_change_agg:
495         sch_tree_lock(sch);
496         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
497         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
498                 sch_tree_unlock(sch);
499                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
500                 if (new_agg == NULL) {
501                         err = -ENOBUFS;
502                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
503                         goto destroy_class;
504                 }
505                 sch_tree_lock(sch);
506                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
507         }
508         if (existing)
509                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
510         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
511         sch_tree_unlock(sch);
512
513         *arg = (unsigned long)cl;
514         return 0;
515
516 destroy_class:
517         qdisc_put(cl->qdisc);
518         kfree(cl);
519         return err;
520 }
521
522 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
523 {
524         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
525
526         qfq_rm_from_agg(q, cl);
527         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
528         qdisc_put(cl->qdisc);
529         kfree(cl);
530 }
531
532 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
533                             struct netlink_ext_ack *extack)
534 {
535         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
536         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
537
538         if (cl->filter_cnt > 0)
539                 return -EBUSY;
540
541         sch_tree_lock(sch);
542
543         qdisc_purge_queue(cl->qdisc);
544         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
545
546         sch_tree_unlock(sch);
547
548         qfq_destroy_class(sch, cl);
549         return 0;
550 }
551
552 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
553 {
554         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
555 }
556
557 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
558                                        struct netlink_ext_ack *extack)
559 {
560         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
561
562         if (cl)
563                 return NULL;
564
565         return q->block;
566 }
567
568 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
569                                   u32 classid)
570 {
571         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
572
573         if (cl != NULL)
574                 cl->filter_cnt++;
575
576         return (unsigned long)cl;
577 }
578
579 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
580 {
581         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
582
583         cl->filter_cnt--;
584 }
585
586 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
587                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old,
588                            struct netlink_ext_ack *extack)
589 {
590         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
591
592         if (new == NULL) {
593                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
594                                         cl->common.classid, NULL);
595                 if (new == NULL)
596                         new = &noop_qdisc;
597         }
598
599         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
600         return 0;
601 }
602
603 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
604 {
605         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
606
607         return cl->qdisc;
608 }
609
610 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
611                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
612 {
613         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
614         struct nlattr *nest;
615
616         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
617         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
618         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
619
620         nest = nla_nest_start_noflag(skb, TCA_OPTIONS);
621         if (nest == NULL)
622                 goto nla_put_failure;
623         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
624             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
625                 goto nla_put_failure;
626         return nla_nest_end(skb, nest);
627
628 nla_put_failure:
629         nla_nest_cancel(skb, nest);
630         return -EMSGSIZE;
631 }
632
633 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
634                                 struct gnet_dump *d)
635 {
636         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
637         struct tc_qfq_stats xstats;
638
639         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
640
641         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
642         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
643
644         if (gnet_stats_copy_basic(qdisc_root_sleeping_running(sch),
645                                   d, NULL, &cl->bstats) < 0 ||
646             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
647             qdisc_qstats_copy(d, cl->qdisc) < 0)
648                 return -1;
649
650         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
651 }
652
653 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
654 {
655         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
656         struct qfq_class *cl;
657         unsigned int i;
658
659         if (arg->stop)
660                 return;
661
662         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
663                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
664                         if (arg->count < arg->skip) {
665                                 arg->count++;
666                                 continue;
667                         }
668                         if (arg->fn(sch, (unsigned long)cl, arg) < 0) {
669                                 arg->stop = 1;
670                                 return;
671                         }
672                         arg->count++;
673                 }
674         }
675 }
676
677 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
678                                       int *qerr)
679 {
680         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
681         struct qfq_class *cl;
682         struct tcf_result res;
683         struct tcf_proto *fl;
684         int result;
685
686         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
687                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
688                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
689                 if (cl != NULL)
690                         return cl;
691         }
692
693         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
694         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
695         result = tcf_classify(skb, fl, &res, false);
696         if (result >= 0) {
697 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
698                 switch (result) {
699                 case TC_ACT_QUEUED:
700                 case TC_ACT_STOLEN:
701                 case TC_ACT_TRAP:
702                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
703                         fallthrough;
704                 case TC_ACT_SHOT:
705                         return NULL;
706                 }
707 #endif
708                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
709                 if (cl == NULL)
710                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
711                 return cl;
712         }
713
714         return NULL;
715 }
716
717 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
718 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
719 {
720         return (s64)(a - b) > 0;
721 }
722
723 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
724 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
725 {
726         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
727 }
728
729 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
730 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
731                                         unsigned long bitmap)
732 {
733         int index = __ffs(bitmap);
734         return &q->groups[index];
735 }
736 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
737 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
738 {
739         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
740 }
741
742 /*
743  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
744  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
745  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
746  */
747 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
748 {
749         /* if S > V we are not eligible */
750         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
751         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
752         struct qfq_group *next;
753
754         if (mask) {
755                 next = qfq_ffs(q, mask);
756                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
757                         state |= EB;
758         }
759
760         return state;
761 }
762
763
764 /*
765  * In principle
766  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
767  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
768  * but we should make sure that src != dst
769  */
770 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
771                                    int src, int dst)
772 {
773         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
774         q->bitmaps[src] &= ~mask;
775 }
776
777 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
778 {
779         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
780         struct qfq_group *next;
781
782         if (mask) {
783                 next = qfq_ffs(q, mask);
784                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
785                         return;
786         }
787
788         mask = (1UL << index) - 1;
789         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
790         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
791 }
792
793 /*
794  * perhaps
795  *
796         old_V ^= q->V;
797         old_V >>= q->min_slot_shift;
798         if (old_V) {
799                 ...
800         }
801  *
802  */
803 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
804 {
805         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
806         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
807
808         if (vslot != old_vslot) {
809                 unsigned long mask;
810                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
811
812                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
813                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
814                 else
815                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
816
817                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
818                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
819         }
820 }
821
822 /*
823  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
824  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
825  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
826  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
827  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
828  * position.
829  *
830  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
831  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
832  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
833  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
834  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
835  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
836  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
837  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
838  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
839  * if the parameters of some class are changed.
840  *
841  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
842  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
843  * 2 +
844  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
845  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
846  *
847  * The following function deals with this problem by backward-shifting
848  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
849  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
850  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
851  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
852  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
853  * would have been even lower than they are after the backward shift,
854  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
855  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
856  * service is postponed because of the backward-shift would have
857  * however waited for the service of agg before being served.
858  *
859  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
860  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
861  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
862  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
863  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
864  * activated. The activation of this aggregate should be properly
865  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
866  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
867  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
868  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
869  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
870  * of these unlucky aggregates.
871  *
872  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
873  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
874  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
875  * of a class.
876  */
877 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
878                             u64 roundedS)
879 {
880         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
881         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
882
883         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
884                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
885                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
886                 agg->S -= deltaS;
887                 agg->F -= deltaS;
888                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
889         }
890
891         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
892
893         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
894         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
895 }
896
897 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
898 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
899 {
900         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
901                            struct qfq_aggregate, next);
902 }
903
904 /*
905  * remove the entry from the slot
906  */
907 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
908 {
909         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
910
911         BUG_ON(!agg);
912         hlist_del(&agg->next);
913         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
914                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
915 }
916
917 /*
918  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
919  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
920  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
921  */
922 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
923 {
924         unsigned int i;
925
926         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
927                  grp->index, grp->full_slots);
928
929         if (grp->full_slots == 0)
930                 return NULL;
931
932         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
933         if (i > 0) {
934                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
935                 grp->full_slots >>= i;
936         }
937
938         return qfq_slot_head(grp);
939 }
940
941 /*
942  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
943  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
944  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
945  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
946  * This covers decreases in the group's start time, but what about
947  * increases of the start time ?
948  * Here too we should make sure that i is less than 32
949  */
950 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
951 {
952         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
953
954         grp->full_slots <<= i;
955         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
956 }
957
958 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
959 {
960         struct qfq_group *grp;
961         unsigned long ineligible;
962
963         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
964         if (ineligible) {
965                 if (!q->bitmaps[ER]) {
966                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
967                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
968                                 q->V = grp->S;
969                 }
970                 qfq_make_eligible(q);
971         }
972 }
973
974 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
975 static void agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
976                         struct qfq_class *cl, unsigned int len)
977 {
978         qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
979
980         cl->deficit -= (int) len;
981
982         if (cl->qdisc->q.qlen == 0) /* no more packets, remove from list */
983                 list_del(&cl->alist);
984         else if (cl->deficit < qdisc_pkt_len(cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc))) {
985                 cl->deficit += agg->lmax;
986                 list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
987         }
988 }
989
990 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
991                                            struct qfq_class **cl,
992                                            unsigned int *len)
993 {
994         struct sk_buff *skb;
995
996         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
997         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
998         if (skb == NULL)
999                 WARN_ONCE(1, "qfq_dequeue: non-workconserving leaf\n");
1000         else
1001                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
1002
1003         return skb;
1004 }
1005
1006 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
1007 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
1008 {
1009         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1010          * account that, after decreasing the number of classes in
1011          * agg, it may happen that
1012          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1013          */
1014         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1015                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1016
1017         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1018 }
1019
1020 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1021  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1022  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1023  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1024  *
1025  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1026  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1027  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1028  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1029  * We are guaranteed not to move S backward because
1030  * otherwise our group i would still be blocked.
1031  */
1032 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1033 {
1034         unsigned long mask;
1035         u64 limit, roundedF;
1036         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1037
1038         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1039         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1040
1041         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1042                 /* timestamp was stale */
1043                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1044                 if (mask) {
1045                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1046                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1047                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1048                                         agg->S = next->F;
1049                                 else /* preserve timestamp correctness */
1050                                         agg->S = limit;
1051                                 return;
1052                         }
1053                 }
1054                 agg->S = q->V;
1055         } else  /* timestamp is not stale */
1056                 agg->S = agg->F;
1057 }
1058
1059 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1060  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1061  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1062  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1063  */
1064 static inline void
1065 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1066                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1067 {
1068         if (reason != requeue)
1069                 qfq_update_start(q, agg);
1070         else /* just charge agg for the service received */
1071                 agg->S = agg->F;
1072
1073         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1074 }
1075
1076 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1077
1078 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1079 {
1080         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1081         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1082         struct qfq_class *cl;
1083         struct sk_buff *skb = NULL;
1084         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1085         unsigned int len = 0;
1086
1087         if (in_serv_agg == NULL)
1088                 return NULL;
1089
1090         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1091                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1092
1093         /*
1094          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1095          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1096          * class, then choose the next aggregate to serve.
1097          */
1098         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1099                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1100
1101                 /* recharge the budget of the aggregate */
1102                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1103                         in_serv_agg->budgetmax;
1104
1105                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1106                         /*
1107                          * Still active: reschedule for
1108                          * service. Possible optimization: if no other
1109                          * aggregate is active, then there is no point
1110                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1111                          * just keep it as the in-service one. This
1112                          * should be however a corner case, and to
1113                          * handle it, we would need to maintain an
1114                          * extra num_active_aggs field.
1115                         */
1116                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1117                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1118                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1119                         q->in_serv_agg = NULL;
1120                         return NULL;
1121                 }
1122
1123                 /*
1124                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1125                  * choose the new aggregate to serve.
1126                  */
1127                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1128                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1129         }
1130         if (!skb)
1131                 return NULL;
1132
1133         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1134         sch->q.qlen--;
1135         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1136
1137         agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1138         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1139          * owning pending packets with larger size than the new value
1140          * of lmax, then the following condition may hold.
1141          */
1142         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1143                 in_serv_agg->budget = 0;
1144         else
1145                 in_serv_agg->budget -= len;
1146
1147         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1148         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1149                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1150                  (unsigned long long) q->V);
1151
1152         return skb;
1153 }
1154
1155 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1156 {
1157         struct qfq_group *grp;
1158         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1159         u64 old_F;
1160
1161         qfq_update_eligible(q);
1162         q->oldV = q->V;
1163
1164         if (!q->bitmaps[ER])
1165                 return NULL;
1166
1167         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1168         old_F = grp->F;
1169
1170         agg = qfq_slot_head(grp);
1171
1172         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1173         qfq_front_slot_remove(grp);
1174
1175         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1176
1177         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1178                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1179         else {
1180                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1181                                               grp->slot_shift);
1182                 unsigned int s;
1183
1184                 if (grp->S == roundedS)
1185                         return agg;
1186                 grp->S = roundedS;
1187                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1188                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1189                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1190                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1191         }
1192
1193         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1194
1195         return agg;
1196 }
1197
1198 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1199                        struct sk_buff **to_free)
1200 {
1201         unsigned int len = qdisc_pkt_len(skb), gso_segs;
1202         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1203         struct qfq_class *cl;
1204         struct qfq_aggregate *agg;
1205         int err = 0;
1206         bool first;
1207
1208         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1209         if (cl == NULL) {
1210                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1211                         qdisc_qstats_drop(sch);
1212                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1213                 return err;
1214         }
1215         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1216
1217         if (unlikely(cl->agg->lmax < len)) {
1218                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1219                          cl->agg->lmax, len, cl->common.classid);
1220                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight, len);
1221                 if (err) {
1222                         cl->qstats.drops++;
1223                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1224                 }
1225         }
1226
1227         gso_segs = skb_is_gso(skb) ? skb_shinfo(skb)->gso_segs : 1;
1228         first = !cl->qdisc->q.qlen;
1229         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1230         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1231                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1232                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1233                         cl->qstats.drops++;
1234                         qdisc_qstats_drop(sch);
1235                 }
1236                 return err;
1237         }
1238
1239         cl->bstats.bytes += len;
1240         cl->bstats.packets += gso_segs;
1241         sch->qstats.backlog += len;
1242         ++sch->q.qlen;
1243
1244         agg = cl->agg;
1245         /* if the queue was not empty, then done here */
1246         if (!first) {
1247                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1248                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1249                     == cl && cl->deficit < len)
1250                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1251
1252                 return err;
1253         }
1254
1255         /* schedule class for service within the aggregate */
1256         cl->deficit = agg->lmax;
1257         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1258
1259         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1260             q->in_serv_agg == agg)
1261                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1262
1263         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1264
1265         return err;
1266 }
1267
1268 /*
1269  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1270  */
1271 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1272 {
1273         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1274         u64 roundedS;
1275         int s;
1276
1277         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1278
1279         /*
1280          * Insert agg in the correct bucket.
1281          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1282          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1283          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1284          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1285          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1286          * was in ER make sure to adjust V.
1287          */
1288         if (grp->full_slots) {
1289                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1290                         goto skip_update;
1291
1292                 /* create a slot for this agg->S */
1293                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1294                 /* group was surely ineligible, remove */
1295                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1296                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1297         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1298                    q->in_serv_agg == NULL)
1299                 q->V = roundedS;
1300
1301         grp->S = roundedS;
1302         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1303         s = qfq_calc_state(q, grp);
1304         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1305
1306         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1307                  s, q->bitmaps[s],
1308                  (unsigned long long) agg->S,
1309                  (unsigned long long) agg->F,
1310                  (unsigned long long) q->V);
1311
1312 skip_update:
1313         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1314 }
1315
1316
1317 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1318 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1319                              enum update_reason reason)
1320 {
1321         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1322
1323         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1324         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1325                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1326                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1327                 q->oldV = q->V = agg->S;
1328         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1329                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1330 }
1331
1332 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1333                             struct qfq_aggregate *agg)
1334 {
1335         unsigned int i, offset;
1336         u64 roundedS;
1337
1338         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1339         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1340
1341         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1342
1343         hlist_del(&agg->next);
1344         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1345                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1346 }
1347
1348 /*
1349  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1350  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1351  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1352  * side effects.
1353  * Otherwise we must propagate the event up.
1354  */
1355 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1356 {
1357         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1358         unsigned long mask;
1359         u64 roundedS;
1360         int s;
1361
1362         if (agg == q->in_serv_agg) {
1363                 charge_actual_service(agg);
1364                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1365                 return;
1366         }
1367
1368         agg->F = agg->S;
1369         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1370
1371         if (!grp->full_slots) {
1372                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1373                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1374                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1375
1376                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1377                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1378                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1379                         if (mask)
1380                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1381                         else
1382                                 mask = ~0UL;
1383                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1384                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1385                 }
1386                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1387         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1388                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1389                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1390                 if (grp->S != roundedS) {
1391                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1392                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1393                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1394                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1395                         grp->S = roundedS;
1396                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1397                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1398                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1399                 }
1400         }
1401 }
1402
1403 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1404 {
1405         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1406         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1407
1408         qfq_deactivate_class(q, cl);
1409 }
1410
1411 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1412                           struct netlink_ext_ack *extack)
1413 {
1414         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1415         struct qfq_group *grp;
1416         int i, j, err;
1417         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1418
1419         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list, sch, extack);
1420         if (err)
1421                 return err;
1422
1423         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1424         if (err < 0)
1425                 return err;
1426
1427         if (qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1 > QFQ_MAX_AGG_CLASSES)
1428                 max_classes = QFQ_MAX_AGG_CLASSES;
1429         else
1430                 max_classes = qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1;
1431         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1432         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1433         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1434
1435         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1436         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1437         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1438
1439         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1440                 grp = &q->groups[i];
1441                 grp->index = i;
1442                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1443                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1444                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1445         }
1446
1447         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1448
1449         return 0;
1450 }
1451
1452 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1453 {
1454         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1455         struct qfq_class *cl;
1456         unsigned int i;
1457
1458         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1459                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1460                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1461                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1462
1463                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1464                 }
1465         }
1466         sch->qstats.backlog = 0;
1467         sch->q.qlen = 0;
1468 }
1469
1470 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1471 {
1472         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1473         struct qfq_class *cl;
1474         struct hlist_node *next;
1475         unsigned int i;
1476
1477         tcf_block_put(q->block);
1478
1479         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1480                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1481                                           common.hnode) {
1482                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1483                 }
1484         }
1485         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1486 }
1487
1488 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1489         .change         = qfq_change_class,
1490         .delete         = qfq_delete_class,
1491         .find           = qfq_search_class,
1492         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1493         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1494         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1495         .graft          = qfq_graft_class,
1496         .leaf           = qfq_class_leaf,
1497         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1498         .dump           = qfq_dump_class,
1499         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1500         .walk           = qfq_walk,
1501 };
1502
1503 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1504         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1505         .id             = "qfq",
1506         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1507         .enqueue        = qfq_enqueue,
1508         .dequeue        = qfq_dequeue,
1509         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1510         .init           = qfq_init_qdisc,
1511         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1512         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1513         .owner          = THIS_MODULE,
1514 };
1515
1516 static int __init qfq_init(void)
1517 {
1518         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1519 }
1520
1521 static void __exit qfq_exit(void)
1522 {
1523         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1524 }
1525
1526 module_init(qfq_init);
1527 module_exit(qfq_exit);
1528 MODULE_LICENSE("GPL");