initial version, corresponding to ipfw3-2012
[ipfw-google.git] / sys / netinet / ipfw / ip_dn_io.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2010 Luigi Rizzo, Riccardo Panicucci, Universita` di Pisa
3  * All rights reserved
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * Dummynet portions related to packet handling.
29  */
30 #include <sys/cdefs.h>
31 __FBSDID("$FreeBSD: user/luigi/ipfw3-head/sys/netinet/ipfw/ip_dn_io.c 203321 2010-01-31 21:39:25Z luigi $");
32
33 #include "opt_inet6.h"
34
35 #include <sys/param.h>
36 #include <sys/systm.h>
37 #include <sys/malloc.h>
38 #include <sys/mbuf.h>
39 #include <sys/kernel.h>
40 #include <sys/lock.h>
41 #include <sys/module.h>
42 #include <sys/priv.h>
43 #include <sys/proc.h>
44 #include <sys/rwlock.h>
45 #include <sys/socket.h>
46 #include <sys/time.h>
47 #include <sys/sysctl.h>
48
49 #include <net/if.h>     /* IFNAMSIZ, struct ifaddr, ifq head, lock.h mutex.h */
50 #include <net/netisr.h>
51 #include <net/vnet.h>
52
53 #include <netinet/in.h>
54 #include <netinet/ip.h>         /* ip_len, ip_off */
55 #include <netinet/ip_var.h>     /* ip_output(), IP_FORWARDING */
56 #include <netinet/ip_fw.h>
57 #include <netinet/ipfw/ip_fw_private.h>
58 #include <netinet/ipfw/dn_heap.h>
59 #include <netinet/ip_dummynet.h>
60 #include <netinet/ipfw/ip_dn_private.h>
61 #include <netinet/ipfw/dn_sched.h>
62
63 #include <netinet/if_ether.h> /* various ether_* routines */
64
65 #include <netinet/ip6.h>       /* for ip6_input, ip6_output prototypes */
66 #include <netinet6/ip6_var.h>
67
68 /*
69  * We keep a private variable for the simulation time, but we could
70  * probably use an existing one ("softticks" in sys/kern/kern_timeout.c)
71  * instead of dn_cfg.curr_time
72  */
73
74 struct dn_parms dn_cfg;
75 //VNET_DEFINE(struct dn_parms, _base_dn_cfg);
76
77 static long tick_last;          /* Last tick duration (usec). */
78 static long tick_delta;         /* Last vs standard tick diff (usec). */
79 static long tick_delta_sum;     /* Accumulated tick difference (usec).*/
80 static long tick_adjustment;    /* Tick adjustments done. */
81 static long tick_lost;          /* Lost(coalesced) ticks number. */
82 /* Adjusted vs non-adjusted curr_time difference (ticks). */
83 static long tick_diff;
84
85 static unsigned long    io_pkt;
86 static unsigned long    io_pkt_fast;
87 static unsigned long    io_pkt_drop;
88
89 /*
90  * We use a heap to store entities for which we have pending timer events.
91  * The heap is checked at every tick and all entities with expired events
92  * are extracted.
93  */
94   
95 MALLOC_DEFINE(M_DUMMYNET, "dummynet", "dummynet heap");
96
97 extern  void (*bridge_dn_p)(struct mbuf *, struct ifnet *);
98
99 #ifdef SYSCTL_NODE
100
101 SYSBEGIN(f4)
102
103 SYSCTL_DECL(_net_inet);
104 SYSCTL_DECL(_net_inet_ip);
105 SYSCTL_NODE(_net_inet_ip, OID_AUTO, dummynet, CTLFLAG_RW, 0, "Dummynet");
106
107 /* wrapper to pass dn_cfg fields to SYSCTL_* */
108 //#define DC(x) (&(VNET_NAME(_base_dn_cfg).x))
109 #define DC(x)   (&(dn_cfg.x))
110 /* parameters */
111 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, hash_size,
112     CTLFLAG_RW, DC(hash_size), 0, "Default hash table size");
113 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, pipe_slot_limit,
114     CTLFLAG_RW, DC(slot_limit), 0,
115     "Upper limit in slots for pipe queue.");
116 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, pipe_byte_limit,
117     CTLFLAG_RW, DC(byte_limit), 0,
118     "Upper limit in bytes for pipe queue.");
119 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, io_fast,
120     CTLFLAG_RW, DC(io_fast), 0, "Enable fast dummynet io.");
121 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, debug,
122     CTLFLAG_RW, DC(debug), 0, "Dummynet debug level");
123
124 /* RED parameters */
125 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, red_lookup_depth,
126     CTLFLAG_RD, DC(red_lookup_depth), 0, "Depth of RED lookup table");
127 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, red_avg_pkt_size,
128     CTLFLAG_RD, DC(red_avg_pkt_size), 0, "RED Medium packet size");
129 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, red_max_pkt_size,
130     CTLFLAG_RD, DC(red_max_pkt_size), 0, "RED Max packet size");
131
132 /* time adjustment */
133 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, tick_delta,
134     CTLFLAG_RD, &tick_delta, 0, "Last vs standard tick difference (usec).");
135 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, tick_delta_sum,
136     CTLFLAG_RD, &tick_delta_sum, 0, "Accumulated tick difference (usec).");
137 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, tick_adjustment,
138     CTLFLAG_RD, &tick_adjustment, 0, "Tick adjustments done.");
139 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, tick_diff,
140     CTLFLAG_RD, &tick_diff, 0,
141     "Adjusted vs non-adjusted curr_time difference (ticks).");
142 SYSCTL_LONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, tick_lost,
143     CTLFLAG_RD, &tick_lost, 0,
144     "Number of ticks coalesced by dummynet taskqueue.");
145
146 /* Drain parameters */
147 SYSCTL_UINT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, expire,
148     CTLFLAG_RW, DC(expire), 0, "Expire empty queues/pipes");
149 SYSCTL_UINT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, expire_cycle,
150     CTLFLAG_RD, DC(expire_cycle), 0, "Expire cycle for queues/pipes");
151 SYSCTL_UINT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, expire_object,
152     CTLFLAG_RW, DC(expire_object), 0, "Min # of objects before start drain routine");
153 SYSCTL_UINT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, object_idle_tick,
154     CTLFLAG_RD, DC(object_idle_tick), 0, "Time (in ticks) to cosiderer an object as idle");
155 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, drain_ratio,
156     CTLFLAG_RD, DC(drain_ratio), 0, "% of dummynet_task() to dedicate to drain routine");
157
158 /* statistics */
159 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, schk_count,
160     CTLFLAG_RD, DC(schk_count), 0, "Number of schedulers");
161 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, si_count,
162     CTLFLAG_RD, DC(si_count), 0, "Number of scheduler instances");
163 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, fsk_count,
164     CTLFLAG_RD, DC(fsk_count), 0, "Number of flowsets");
165 SYSCTL_INT(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, queue_count,
166     CTLFLAG_RD, DC(queue_count), 0, "Number of queues");
167 SYSCTL_ULONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, io_pkt,
168     CTLFLAG_RD, &io_pkt, 0,
169     "Number of packets passed to dummynet.");
170 SYSCTL_ULONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, io_pkt_fast,
171     CTLFLAG_RD, &io_pkt_fast, 0,
172     "Number of packets bypassed dummynet scheduler.");
173 SYSCTL_ULONG(_net_inet_ip_dummynet, OID_AUTO, io_pkt_drop,
174     CTLFLAG_RD, &io_pkt_drop, 0,
175     "Number of packets dropped by dummynet.");
176 #undef DC
177 SYSEND
178
179 #endif
180
181 static void     dummynet_send(struct mbuf *);
182
183 /*
184  * Packets processed by dummynet have an mbuf tag associated with
185  * them that carries their dummynet state.
186  * Outside dummynet, only the 'rule' field is relevant, and it must
187  * be at the beginning of the structure.
188  */
189 struct dn_pkt_tag {
190         struct ipfw_rule_ref rule;      /* matching rule        */
191
192         /* second part, dummynet specific */
193         int dn_dir;             /* action when packet comes out.*/
194                                 /* see ip_fw_private.h          */
195         uint64_t output_time;   /* when the pkt is due for delivery*/
196         struct ifnet *ifp;      /* interface, for ip_output     */
197         struct _ip6dn_args ip6opt;      /* XXX ipv6 options     */
198 };
199
200 /*
201  * Return the mbuf tag holding the dummynet state (it should
202  * be the first one on the list).
203  */
204 static struct dn_pkt_tag *
205 dn_tag_get(struct mbuf *m)
206 {
207         struct m_tag *mtag = m_tag_first(m);
208         KASSERT(mtag != NULL &&
209             mtag->m_tag_cookie == MTAG_ABI_COMPAT &&
210             mtag->m_tag_id == PACKET_TAG_DUMMYNET,
211             ("packet on dummynet queue w/o dummynet tag!"));
212         return (struct dn_pkt_tag *)(mtag+1);
213 }
214
215 static inline void
216 mq_append(struct mq *q, struct mbuf *m)
217 {
218         if (q->head == NULL)
219                 q->head = m;
220         else
221                 q->tail->m_nextpkt = m;
222         q->tail = m;
223         m->m_nextpkt = NULL;
224 }
225
226 /*
227  * Dispose a list of packet. Use a functions so if we need to do
228  * more work, this is a central point to do it.
229  */
230 void dn_free_pkts(struct mbuf *mnext)
231 {
232         struct mbuf *m;
233     
234         while ((m = mnext) != NULL) {
235                 mnext = m->m_nextpkt;
236                 FREE_PKT(m);
237         }
238 }
239
240 static int
241 red_drops (struct dn_queue *q, int len)
242 {
243         /*
244          * RED algorithm
245          *
246          * RED calculates the average queue size (avg) using a low-pass filter
247          * with an exponential weighted (w_q) moving average:
248          *      avg  <-  (1-w_q) * avg + w_q * q_size
249          * where q_size is the queue length (measured in bytes or * packets).
250          *
251          * If q_size == 0, we compute the idle time for the link, and set
252          *      avg = (1 - w_q)^(idle/s)
253          * where s is the time needed for transmitting a medium-sized packet.
254          *
255          * Now, if avg < min_th the packet is enqueued.
256          * If avg > max_th the packet is dropped. Otherwise, the packet is
257          * dropped with probability P function of avg.
258          */
259
260         struct dn_fsk *fs = q->fs;
261         int64_t p_b = 0;
262
263         /* Queue in bytes or packets? */
264         uint32_t q_size = (fs->fs.flags & DN_QSIZE_BYTES) ?
265             q->ni.len_bytes : q->ni.length;
266
267         /* Average queue size estimation. */
268         if (q_size != 0) {
269                 /* Queue is not empty, avg <- avg + (q_size - avg) * w_q */
270                 int diff = SCALE(q_size) - q->avg;
271                 int64_t v = SCALE_MUL((int64_t)diff, (int64_t)fs->w_q);
272
273                 q->avg += (int)v;
274         } else {
275                 /*
276                  * Queue is empty, find for how long the queue has been
277                  * empty and use a lookup table for computing
278                  * (1 - * w_q)^(idle_time/s) where s is the time to send a
279                  * (small) packet.
280                  * XXX check wraps...
281                  */
282                 if (q->avg) {
283                         u_int t = div64((dn_cfg.curr_time - q->q_time), fs->lookup_step);
284
285                         q->avg = (t < fs->lookup_depth) ?
286                             SCALE_MUL(q->avg, fs->w_q_lookup[t]) : 0;
287                 }
288         }
289
290         /* Should i drop? */
291         if (q->avg < fs->min_th) {
292                 q->count = -1;
293                 return (0);     /* accept packet */
294         }
295         if (q->avg >= fs->max_th) {     /* average queue >=  max threshold */
296                 if (fs->fs.flags & DN_IS_GENTLE_RED) {
297                         /*
298                          * According to Gentle-RED, if avg is greater than
299                          * max_th the packet is dropped with a probability
300                          *       p_b = c_3 * avg - c_4
301                          * where c_3 = (1 - max_p) / max_th
302                          *       c_4 = 1 - 2 * max_p
303                          */
304                         p_b = SCALE_MUL((int64_t)fs->c_3, (int64_t)q->avg) -
305                             fs->c_4;
306                 } else {
307                         q->count = -1;
308                         return (1);
309                 }
310         } else if (q->avg > fs->min_th) {
311                 /*
312                  * We compute p_b using the linear dropping function
313                  *       p_b = c_1 * avg - c_2
314                  * where c_1 = max_p / (max_th - min_th)
315                  *       c_2 = max_p * min_th / (max_th - min_th)
316                  */
317                 p_b = SCALE_MUL((int64_t)fs->c_1, (int64_t)q->avg) - fs->c_2;
318         }
319
320         if (fs->fs.flags & DN_QSIZE_BYTES)
321                 p_b = div64((p_b * len) , fs->max_pkt_size);
322         if (++q->count == 0)
323                 q->random = random() & 0xffff;
324         else {
325                 /*
326                  * q->count counts packets arrived since last drop, so a greater
327                  * value of q->count means a greater packet drop probability.
328                  */
329                 if (SCALE_MUL(p_b, SCALE((int64_t)q->count)) > q->random) {
330                         q->count = 0;
331                         /* After a drop we calculate a new random value. */
332                         q->random = random() & 0xffff;
333                         return (1);     /* drop */
334                 }
335         }
336         /* End of RED algorithm. */
337
338         return (0);     /* accept */
339
340 }
341
342 /*
343  * Enqueue a packet in q, subject to space and queue management policy
344  * (whose parameters are in q->fs).
345  * Update stats for the queue and the scheduler.
346  * Return 0 on success, 1 on drop. The packet is consumed anyways.
347  */
348 int
349 dn_enqueue(struct dn_queue *q, struct mbuf* m, int drop)
350 {   
351         struct dn_fs *f;
352         struct dn_flow *ni;     /* stats for scheduler instance */
353         uint64_t len;
354
355         if (q->fs == NULL || q->_si == NULL) {
356                 printf("%s fs %p si %p, dropping\n",
357                         __FUNCTION__, q->fs, q->_si);
358                 FREE_PKT(m);
359                 return 1;
360         }
361         f = &(q->fs->fs);
362         ni = &q->_si->ni;
363         len = m->m_pkthdr.len;
364         /* Update statistics, then check reasons to drop pkt. */
365         q->ni.tot_bytes += len;
366         q->ni.tot_pkts++;
367         ni->tot_bytes += len;
368         ni->tot_pkts++;
369         if (drop)
370                 goto drop;
371         if (f->plr && random() < f->plr)
372                 goto drop;
373         if (f->flags & DN_IS_RED && red_drops(q, m->m_pkthdr.len))
374                 goto drop;
375         if (f->flags & DN_QSIZE_BYTES) {
376                 if (q->ni.len_bytes > f->qsize)
377                         goto drop;
378         } else if (q->ni.length >= f->qsize) {
379                 goto drop;
380         }
381         mq_append(&q->mq, m);
382         if (q->ni.length == 0) {        /* queue was idle */
383                 dn_cfg.idle_queue--;
384                 if (ni->length == 0)    /* scheduler was idle */
385                         dn_cfg.idle_si--;
386         }
387         q->ni.length++;
388         q->ni.len_bytes += len;
389         ni->length++;
390         ni->len_bytes += len;
391         return 0;
392
393 drop:
394         io_pkt_drop++;
395         q->ni.drops++;
396         ni->drops++;
397         FREE_PKT(m);
398         return 1;
399 }
400
401 /*
402  * Fetch packets from the delay line which are due now. If there are
403  * leftover packets, reinsert the delay line in the heap.
404  * Runs under scheduler lock.
405  */
406 static void
407 transmit_event(struct mq *q, struct delay_line *dline, uint64_t now)
408 {
409         struct mbuf *m;
410         struct dn_pkt_tag *pkt = NULL;
411
412         dline->oid.subtype = 0; /* not in heap */
413         while ((m = dline->mq.head) != NULL) {
414                 pkt = dn_tag_get(m);
415                 if (!DN_KEY_LEQ(pkt->output_time, now))
416                         break;
417                 dline->mq.head = m->m_nextpkt;
418                 mq_append(q, m);
419         }
420         if (m != NULL) {
421                 dline->oid.subtype = 1; /* in heap */
422                 heap_insert(&dn_cfg.evheap, pkt->output_time, dline);
423         }
424 }
425
426 /*
427  * Convert the additional MAC overheads/delays into an equivalent
428  * number of bits for the given data rate. The samples are
429  * in milliseconds so we need to divide by 1000.
430  */
431 static uint64_t
432 extra_bits(struct mbuf *m, struct dn_schk *s)
433 {
434         int index;
435         uint64_t bits;
436         struct dn_profile *pf = s->profile;
437
438         if (!pf || pf->samples_no == 0)
439                 return 0;
440         index  = random() % pf->samples_no;
441         bits = div64((uint64_t)pf->samples[index] * s->link.bandwidth, 1000);
442         if (index >= pf->loss_level) {
443                 struct dn_pkt_tag *dt = dn_tag_get(m);
444                 if (dt)
445                         dt->dn_dir = DIR_DROP;
446         }
447         return bits;
448 }
449
450 /*
451  * Send traffic from a scheduler instance due by 'now'.
452  * Return a pointer to the head of the queue.
453  */
454 static struct mbuf *
455 serve_sched(struct mq *q, struct dn_sch_inst *si, uint64_t now)
456 {
457         struct mq def_q;
458         struct dn_schk *s = si->sched;
459         struct mbuf *m = NULL;
460         int delay_line_idle = (si->dline.mq.head == NULL);
461         int done, bw;
462
463         if (q == NULL) {
464                 q = &def_q;
465                 q->head = NULL;
466         }
467
468         bw = s->link.bandwidth;
469         si->kflags &= ~DN_ACTIVE;
470
471         if (bw > 0)
472                 si->credit += (now - si->sched_time) * bw;
473         else
474                 si->credit = 0;
475         si->sched_time = now;
476         done = 0;
477         while (si->credit >= 0 && (m = s->fp->dequeue(si)) != NULL) {
478                 uint64_t len_scaled;
479
480                 /*
481                  * Some schedulers might want wake up the scheduler later.
482                  * To suppor this the caller returns an mbuf with len < 0
483                  * this will result in a new wake up of the scheduler
484                  * instance between m->m_pkthdr.len ticks.
485                  */
486                 if (m->m_pkthdr.len < 0) {
487                         si->kflags |= DN_ACTIVE;
488                         heap_insert(&dn_cfg.evheap, now - m->m_pkthdr.len, si);
489                         if (delay_line_idle && done)
490                                 transmit_event(q, &si->dline, now);
491                         return NULL;
492                 }
493
494                 /* a regular mbuf received */
495                 done++;
496                 len_scaled = (bw == 0) ? 0 : hz *
497                         (m->m_pkthdr.len * 8 + extra_bits(m, s));
498                 si->credit -= len_scaled;
499                 /* Move packet in the delay line */
500                 dn_tag_get(m)->output_time = dn_cfg.curr_time + s->link.delay;
501                 mq_append(&si->dline.mq, m);
502         }
503
504         /*
505          * If credit >= 0 the instance is idle, mark time.
506          * Otherwise put back in the heap, and adjust the output
507          * time of the last inserted packet, m, which was too early.
508          */
509         if (si->credit >= 0) {
510                 si->idle_time = now;
511         } else {
512                 uint64_t t;
513                 KASSERT (bw > 0, ("bw=0 and credit<0 ?"));
514                 t = div64(bw - 1 - si->credit, bw);
515                 if (m)
516                         dn_tag_get(m)->output_time += t;
517                 si->kflags |= DN_ACTIVE;
518                 heap_insert(&dn_cfg.evheap, now + t, si);
519         }
520         if (delay_line_idle && done)
521                 transmit_event(q, &si->dline, now);
522         return q->head;
523 }
524
525 /*
526  * Support function to read the TSC (or equivalent). We use this
527  * high resolution timer to adapt the amount of work done for
528  * expiring the clock.
529  * Supports Linux and FreeBSD both i386 and amd64 platform
530  * Supports OpenWRT mips architecture
531  *
532  * SMP no special works is needed in
533  * - In linux 2.6 timers will always run in the same cpu that have added it.See
534  * (http://book.opensourceproject.org.cn/kernel/kernel3rd/opensource/0596005652/understandlk-chp-6-sect-5.html)
535  * - FreeBSD8 has a new callout_reset_on() with specify the cpu on which
536  *   the timer must be run
537  * - Windows runs dummynet_task() on cpu0.
538  *
539  * - Linux 2.4 doesn't assure to run a timer in the same cpu every time.
540  */
541 #ifdef HAVE_TSC
542 uint64_t
543 readTSC (void)
544 {
545         uint64_t a=0;
546
547 #ifdef __linux__
548         /* Linux and openwrt have a macro to read the tsc for i386 and
549          * amd64.
550          * Openwrt have patched the kernel and allow use of tsc with mips
551          * and other platforms
552          * rdtscll() is a macro defined in include/asm-xxx/msr.h,
553          * where xxx is the architecture (x86, mips).
554          */
555         rdtscll(a);
556 #elif defined(_WIN32)
557         /* Microsoft recommends the use of KeQueryPerformanceCounter()
558          * insteead of rdtsc().
559          */
560         KeQueryPerformanceCounter((PLARGE_INTEGER)&a);  //XXX not tested!
561 #elif defined(__FreeBSD__)
562         /* FreeBSD (i386/amd64) has macro rdtsc() defined in machine/cpufunc.h.
563          * We could use the macro instead of explicity assembly XXX
564          */
565         return rdtsc();
566 #endif
567         return a;
568 }
569 #endif /* HAVE_TSC */
570
571 /*
572  * compute avg task period.
573  * We could do something more complex, possibly.
574  */
575 static void
576 do_update_cycle(void)
577 {
578 #ifdef HAVE_TSC
579         uint64_t tmp = readTSC();
580 #if defined (LINUX_24) && defined(CONFIG_SMP)
581         /* on LINUX24 and SMP, we have no guarantees on which cpu runs
582          * the timer callbacks. If the difference between new and
583          * old value is negative, we assume that the values come from
584          * different cpus so we adjust 'new' accordingly.
585          */
586         if (tmp <= dn_cfg.cycle_task_new)
587                 dn_cfg.cycle_task_new = tmp - dn_cfg.cycle_task;
588 #endif /* !(linux24 && SMP) */
589         dn_cfg.cycle_task_old = dn_cfg.cycle_task_new;
590         dn_cfg.cycle_task_new = tmp;
591         dn_cfg.cycle_task = dn_cfg.cycle_task_new - dn_cfg.cycle_task_old;
592
593         /* Update the average
594          * avg = (2^N * avg + new - avg ) / 2^N * avg
595          * N==4 seems to be a good compromise between clock clock change
596          *      and 'spurious' cycle_task value
597          */
598 #define DN_N    4
599         dn_cfg.cycle_task_avg = (dn_cfg.cycle_task_avg << DN_N) +
600                                 dn_cfg.cycle_task - dn_cfg.cycle_task_avg;
601         dn_cfg.cycle_task_avg = dn_cfg.cycle_task_avg >> DN_N;
602 #undef DN_N
603
604 #endif /* HAVE_TSC */
605 }
606
607 static void
608 do_drain(void)
609 {
610 #ifdef HAVE_TSC
611         uint64_t dt_max;
612 #endif
613         if (!dn_cfg.expire || ++dn_cfg.expire_cycle < dn_cfg.expire)
614                 return;
615         /* It's time to check if drain routines should be called */
616         dn_cfg.expire_cycle = 0;
617
618         dn_cfg.idle_queue_wait = 0;
619         dn_cfg.idle_si_wait = 0;
620         /* Do a drain cycle even if there isn't time to do it */
621 #ifdef HAVE_TSC
622         dt_max = dn_cfg.cycle_task_avg * dn_cfg.drain_ratio;
623 #endif
624         for (;;) {
625                 int done = 0;
626
627                 if (dn_cfg.idle_queue > dn_cfg.expire_object &&
628                     dn_cfg.idle_queue_wait < dn_cfg.idle_queue) {
629                         dn_drain_queue();
630                         done = 1;
631                 }
632                 if (dn_cfg.idle_si > dn_cfg.expire_object &&
633                     dn_cfg.idle_si_wait < dn_cfg.idle_si) {
634                         dn_drain_scheduler();
635                         done = 1;
636                 }
637                 /* time to end ? */
638 #ifndef HAVE_TSC
639                 /* If tsc does not exist, do only one drain cycle and exit */
640                 break;
641 #else
642                 /* Exit when nothing was done or we have consumed all time */
643                 if ( (done == 0) || 
644                      ((readTSC() -  dn_cfg.cycle_task_new) * 100 > dt_max) )
645                         break;
646 #endif  /* HAVE_TSC */
647         }
648 }
649
650 /*
651  * The timer handler for dummynet. Time is computed in ticks, but
652  * but the code is tolerant to the actual rate at which this is called.
653  * Once complete, the function reschedules itself for the next tick.
654  */
655 void
656 dummynet_task(void *context, int pending)
657 {
658         struct timeval t;
659         struct mq q = { NULL, NULL }; /* queue to accumulate results */
660
661         CURVNET_SET((struct vnet *)context);
662
663         do_update_cycle();      /* compute avg. tick duration */
664
665         DN_BH_WLOCK();
666
667         /* Update number of lost(coalesced) ticks. */
668         tick_lost += pending - 1;
669
670         getmicrouptime(&t);
671         /* Last tick duration (usec). */
672         tick_last = (t.tv_sec - dn_cfg.prev_t.tv_sec) * 1000000 +
673         (t.tv_usec - dn_cfg.prev_t.tv_usec);
674         /* Last tick vs standard tick difference (usec). */
675         tick_delta = (tick_last * hz - 1000000) / hz;
676         /* Accumulated tick difference (usec). */
677         tick_delta_sum += tick_delta;
678
679         dn_cfg.prev_t = t;
680
681         /*
682         * Adjust curr_time if the accumulated tick difference is
683         * greater than the 'standard' tick. Since curr_time should
684         * be monotonically increasing, we do positive adjustments
685         * as required, and throttle curr_time in case of negative
686         * adjustment.
687         */
688         dn_cfg.curr_time++;
689         if (tick_delta_sum - tick >= 0) {
690                 int diff = tick_delta_sum / tick;
691
692                 dn_cfg.curr_time += diff;
693                 tick_diff += diff;
694                 tick_delta_sum %= tick;
695                 tick_adjustment++;
696         } else if (tick_delta_sum + tick <= 0) {
697                 dn_cfg.curr_time--;
698                 tick_diff--;
699                 tick_delta_sum += tick;
700                 tick_adjustment++;
701         }
702
703         /* serve pending events, accumulate in q */
704         for (;;) {
705                 struct dn_id *p;    /* generic parameter to handler */
706
707                 if (dn_cfg.evheap.elements == 0 ||
708                     DN_KEY_LT(dn_cfg.curr_time, HEAP_TOP(&dn_cfg.evheap)->key))
709                         break;
710                 p = HEAP_TOP(&dn_cfg.evheap)->object;
711                 heap_extract(&dn_cfg.evheap, NULL);
712
713                 if (p->type == DN_SCH_I) {
714                         serve_sched(&q, (struct dn_sch_inst *)p, dn_cfg.curr_time);
715                 } else { /* extracted a delay line */
716                         transmit_event(&q, (struct delay_line *)p, dn_cfg.curr_time);
717                 }
718         }
719         do_drain();
720
721         DN_BH_WUNLOCK();
722         dn_reschedule();
723         if (q.head != NULL)
724                 dummynet_send(q.head);
725         CURVNET_RESTORE();
726 }
727
728 /*
729  * forward a chain of packets to the proper destination.
730  * This runs outside the dummynet lock.
731  */
732 static void
733 dummynet_send(struct mbuf *m)
734 {
735         struct mbuf *n;
736
737         for (; m != NULL; m = n) {
738                 struct ifnet *ifp = NULL;       /* gcc 3.4.6 complains */
739                 struct m_tag *tag;
740                 int dst;
741
742                 n = m->m_nextpkt;
743                 m->m_nextpkt = NULL;
744                 tag = m_tag_first(m);
745                 if (tag == NULL) { /* should not happen */
746                         dst = DIR_DROP;
747                 } else {
748                         struct dn_pkt_tag *pkt = dn_tag_get(m);
749                         /* extract the dummynet info, rename the tag
750                          * to carry reinject info.
751                          */
752                         dst = pkt->dn_dir;
753                         ifp = pkt->ifp;
754                         tag->m_tag_cookie = MTAG_IPFW_RULE;
755                         tag->m_tag_id = 0;
756                 }
757
758                 switch (dst) {
759                 case DIR_OUT:
760                         SET_HOST_IPLEN(mtod(m, struct ip *));
761                         ip_output(m, NULL, NULL, IP_FORWARDING, NULL, NULL);
762                         break ;
763
764                 case DIR_IN :
765                         /* put header in network format for ip_input() */
766                         //SET_NET_IPLEN(mtod(m, struct ip *));
767                         netisr_dispatch(NETISR_IP, m);
768                         break;
769
770 #ifdef INET6
771                 case DIR_IN | PROTO_IPV6:
772                         netisr_dispatch(NETISR_IPV6, m);
773                         break;
774
775                 case DIR_OUT | PROTO_IPV6:
776                         SET_HOST_IPLEN(mtod(m, struct ip *));
777                         ip6_output(m, NULL, NULL, IPV6_FORWARDING, NULL, NULL, NULL);
778                         break;
779 #endif
780
781                 case DIR_FWD | PROTO_IFB: /* DN_TO_IFB_FWD: */
782                         if (bridge_dn_p != NULL)
783                                 ((*bridge_dn_p)(m, ifp));
784                         else
785                                 printf("dummynet: if_bridge not loaded\n");
786
787                         break;
788
789                 case DIR_IN | PROTO_LAYER2: /* DN_TO_ETH_DEMUX: */
790                         /*
791                          * The Ethernet code assumes the Ethernet header is
792                          * contiguous in the first mbuf header.
793                          * Insure this is true.
794                          */
795                         if (m->m_len < ETHER_HDR_LEN &&
796                             (m = m_pullup(m, ETHER_HDR_LEN)) == NULL) {
797                                 printf("dummynet/ether: pullup failed, "
798                                     "dropping packet\n");
799                                 break;
800                         }
801                         ether_demux(m->m_pkthdr.rcvif, m);
802                         break;
803
804                 case DIR_OUT | PROTO_LAYER2: /* N_TO_ETH_OUT: */
805                         ether_output_frame(ifp, m);
806                         break;
807
808                 case DIR_DROP:
809                         /* drop the packet after some time */
810                         FREE_PKT(m);
811                         break;
812
813                 default:
814                         printf("dummynet: bad switch %d!\n", dst);
815                         FREE_PKT(m);
816                         break;
817                 }
818         }
819 }
820
821 static inline int
822 tag_mbuf(struct mbuf *m, int dir, struct ip_fw_args *fwa)
823 {
824         struct dn_pkt_tag *dt;
825         struct m_tag *mtag;
826
827         mtag = m_tag_get(PACKET_TAG_DUMMYNET,
828                     sizeof(*dt), M_NOWAIT | M_ZERO);
829         if (mtag == NULL)
830                 return 1;               /* Cannot allocate packet header. */
831         m_tag_prepend(m, mtag);         /* Attach to mbuf chain. */
832         dt = (struct dn_pkt_tag *)(mtag + 1);
833         dt->rule = fwa->rule;
834         dt->rule.info &= IPFW_ONEPASS;  /* only keep this info */
835         dt->dn_dir = dir;
836         dt->ifp = fwa->oif;
837         /* dt->output tame is updated as we move through */
838         dt->output_time = dn_cfg.curr_time;
839         return 0;
840 }
841
842
843 /*
844  * dummynet hook for packets.
845  * We use the argument to locate the flowset fs and the sched_set sch
846  * associated to it. The we apply flow_mask and sched_mask to
847  * determine the queue and scheduler instances.
848  *
849  * dir          where shall we send the packet after dummynet.
850  * *m0          the mbuf with the packet
851  * ifp          the 'ifp' parameter from the caller.
852  *              NULL in ip_input, destination interface in ip_output,
853  */
854 int
855 dummynet_io(struct mbuf **m0, int dir, struct ip_fw_args *fwa)
856 {
857         struct mbuf *m = *m0;
858         struct dn_fsk *fs = NULL;
859         struct dn_sch_inst *si;
860         struct dn_queue *q = NULL;      /* default */
861
862         int fs_id = (fwa->rule.info & IPFW_INFO_MASK) +
863                 ((fwa->rule.info & IPFW_IS_PIPE) ? 2*DN_MAX_ID : 0);
864         DN_BH_WLOCK();
865         io_pkt++;
866         /* we could actually tag outside the lock, but who cares... */
867         if (tag_mbuf(m, dir, fwa))
868                 goto dropit;
869         if (dn_cfg.busy) {
870                 /* if the upper half is busy doing something expensive,
871                  * lets queue the packet and move forward
872                  */
873                 mq_append(&dn_cfg.pending, m);
874                 m = *m0 = NULL; /* consumed */
875                 goto done; /* already active, nothing to do */
876         }
877         /* XXX locate_flowset could be optimised with a direct ref. */
878         fs = dn_ht_find(dn_cfg.fshash, fs_id, 0, NULL);
879         if (fs == NULL)
880                 goto dropit;    /* This queue/pipe does not exist! */
881         if (fs->sched == NULL)  /* should not happen */
882                 goto dropit;
883         /*
884          * If the scheduler supports multiple queues, find the right one
885          * (otherwise it will be ignored by enqueue).
886          */
887         if (fs->sched->fp->flags & DN_MULTIQUEUE) {
888                 q = ipdn_q_find(fs, &(fwa->f_id));
889                 if (q == NULL)
890                         goto dropit;
891                 /* The scheduler instance lookup is done only for new queue.
892                  * The callback q_new() will create the scheduler instance
893                  * if needed.
894                  */
895                 si = q->_si;
896         } else
897                 si = ipdn_si_find(fs->sched, &(fwa->f_id));
898
899         if (si == NULL)
900                 goto dropit;
901         if (fs->sched->fp->enqueue(si, q, m)) {
902                 /* packet was dropped by enqueue() */
903                 m = *m0 = NULL;
904                 goto dropit;
905         }
906
907         if (si->kflags & DN_ACTIVE) {
908                 m = *m0 = NULL; /* consumed */
909                 goto done; /* already active, nothing to do */
910         }
911
912         /* compute the initial allowance */
913         if (si->idle_time < dn_cfg.curr_time) {
914             /* Do this only on the first packet on an idle pipe */
915             struct dn_link *p = &fs->sched->link;
916
917             si->sched_time = dn_cfg.curr_time;
918             si->credit = dn_cfg.io_fast ? p->bandwidth : 0;
919             if (p->burst) {
920                 uint64_t burst = (dn_cfg.curr_time - si->idle_time) * p->bandwidth;
921                 if (burst > p->burst)
922                         burst = p->burst;
923                 si->credit += burst;
924             }
925         }
926         /* pass through scheduler and delay line */
927         m = serve_sched(NULL, si, dn_cfg.curr_time);
928
929         /* optimization -- pass it back to ipfw for immediate send */
930         /* XXX Don't call dummynet_send() if scheduler return the packet
931          *     just enqueued. This avoid a lock order reversal.
932          *     
933          */
934         if (/*dn_cfg.io_fast &&*/ m == *m0 && (dir & PROTO_LAYER2) == 0 ) {
935                 /* fast io, rename the tag * to carry reinject info. */
936                 struct m_tag *tag = m_tag_first(m);
937
938                 tag->m_tag_cookie = MTAG_IPFW_RULE;
939                 tag->m_tag_id = 0;
940                 io_pkt_fast++;
941                 if (m->m_nextpkt != NULL) {
942                         printf("dummynet: fast io: pkt chain detected!\n");
943                         m->m_nextpkt = NULL;
944                 }
945                 m = NULL;
946         } else {
947                 *m0 = NULL;
948         }
949 done:
950         DN_BH_WUNLOCK();
951         if (m)
952                 dummynet_send(m);
953         return 0;
954
955 dropit:
956         io_pkt_drop++;
957         DN_BH_WUNLOCK();
958         if (m)
959                 FREE_PKT(m);
960         *m0 = NULL;
961         return (fs && (fs->fs.flags & DN_NOERROR)) ? 0 : ENOBUFS;
962 }