ipv4: fix multicast losses
[linux-2.6.git] / net / ipv4 / tcp_vegas.c
1 /*
2  * TCP Vegas congestion control
3  *
4  * This is based on the congestion detection/avoidance scheme described in
5  *    Lawrence S. Brakmo and Larry L. Peterson.
6  *    "TCP Vegas: End to end congestion avoidance on a global internet."
7  *    IEEE Journal on Selected Areas in Communication, 13(8):1465--1480,
8  *    October 1995. Available from:
9  *      ftp://ftp.cs.arizona.edu/xkernel/Papers/jsac.ps
10  *
11  * See http://www.cs.arizona.edu/xkernel/ for their implementation.
12  * The main aspects that distinguish this implementation from the
13  * Arizona Vegas implementation are:
14  *   o We do not change the loss detection or recovery mechanisms of
15  *     Linux in any way. Linux already recovers from losses quite well,
16  *     using fine-grained timers, NewReno, and FACK.
17  *   o To avoid the performance penalty imposed by increasing cwnd
18  *     only every-other RTT during slow start, we increase during
19  *     every RTT during slow start, just like Reno.
20  *   o Largely to allow continuous cwnd growth during slow start,
21  *     we use the rate at which ACKs come back as the "actual"
22  *     rate, rather than the rate at which data is sent.
23  *   o To speed convergence to the right rate, we set the cwnd
24  *     to achieve the right ("actual") rate when we exit slow start.
25  *   o To filter out the noise caused by delayed ACKs, we use the
26  *     minimum RTT sample observed during the last RTT to calculate
27  *     the actual rate.
28  *   o When the sender re-starts from idle, it waits until it has
29  *     received ACKs for an entire flight of new data before making
30  *     a cwnd adjustment decision. The original Vegas implementation
31  *     assumed senders never went idle.
32  */
33
34 #include <linux/mm.h>
35 #include <linux/module.h>
36 #include <linux/skbuff.h>
37 #include <linux/inet_diag.h>
38
39 #include <net/tcp.h>
40
41 #include "tcp_vegas.h"
42
43 static int alpha = 2;
44 static int beta  = 4;
45 static int gamma = 1;
46
47 module_param(alpha, int, 0644);
48 MODULE_PARM_DESC(alpha, "lower bound of packets in network");
49 module_param(beta, int, 0644);
50 MODULE_PARM_DESC(beta, "upper bound of packets in network");
51 module_param(gamma, int, 0644);
52 MODULE_PARM_DESC(gamma, "limit on increase (scale by 2)");
53
54
55 /* There are several situations when we must "re-start" Vegas:
56  *
57  *  o when a connection is established
58  *  o after an RTO
59  *  o after fast recovery
60  *  o when we send a packet and there is no outstanding
61  *    unacknowledged data (restarting an idle connection)
62  *
63  * In these circumstances we cannot do a Vegas calculation at the
64  * end of the first RTT, because any calculation we do is using
65  * stale info -- both the saved cwnd and congestion feedback are
66  * stale.
67  *
68  * Instead we must wait until the completion of an RTT during
69  * which we actually receive ACKs.
70  */
71 static void vegas_enable(struct sock *sk)
72 {
73         const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
74         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
75
76         /* Begin taking Vegas samples next time we send something. */
77         vegas->doing_vegas_now = 1;
78
79         /* Set the beginning of the next send window. */
80         vegas->beg_snd_nxt = tp->snd_nxt;
81
82         vegas->cntRTT = 0;
83         vegas->minRTT = 0x7fffffff;
84 }
85
86 /* Stop taking Vegas samples for now. */
87 static inline void vegas_disable(struct sock *sk)
88 {
89         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
90
91         vegas->doing_vegas_now = 0;
92 }
93
94 void tcp_vegas_init(struct sock *sk)
95 {
96         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
97
98         vegas->baseRTT = 0x7fffffff;
99         vegas_enable(sk);
100 }
101 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_init);
102
103 /* Do RTT sampling needed for Vegas.
104  * Basically we:
105  *   o min-filter RTT samples from within an RTT to get the current
106  *     propagation delay + queuing delay (we are min-filtering to try to
107  *     avoid the effects of delayed ACKs)
108  *   o min-filter RTT samples from a much longer window (forever for now)
109  *     to find the propagation delay (baseRTT)
110  */
111 void tcp_vegas_pkts_acked(struct sock *sk, u32 cnt, s32 rtt_us)
112 {
113         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
114         u32 vrtt;
115
116         if (rtt_us < 0)
117                 return;
118
119         /* Never allow zero rtt or baseRTT */
120         vrtt = rtt_us + 1;
121
122         /* Filter to find propagation delay: */
123         if (vrtt < vegas->baseRTT)
124                 vegas->baseRTT = vrtt;
125
126         /* Find the min RTT during the last RTT to find
127          * the current prop. delay + queuing delay:
128          */
129         vegas->minRTT = min(vegas->minRTT, vrtt);
130         vegas->cntRTT++;
131 }
132 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_pkts_acked);
133
134 void tcp_vegas_state(struct sock *sk, u8 ca_state)
135 {
136
137         if (ca_state == TCP_CA_Open)
138                 vegas_enable(sk);
139         else
140                 vegas_disable(sk);
141 }
142 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_state);
143
144 /*
145  * If the connection is idle and we are restarting,
146  * then we don't want to do any Vegas calculations
147  * until we get fresh RTT samples.  So when we
148  * restart, we reset our Vegas state to a clean
149  * slate. After we get acks for this flight of
150  * packets, _then_ we can make Vegas calculations
151  * again.
152  */
153 void tcp_vegas_cwnd_event(struct sock *sk, enum tcp_ca_event event)
154 {
155         if (event == CA_EVENT_CWND_RESTART ||
156             event == CA_EVENT_TX_START)
157                 tcp_vegas_init(sk);
158 }
159 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_cwnd_event);
160
161 static inline u32 tcp_vegas_ssthresh(struct tcp_sock *tp)
162 {
163         return  min(tp->snd_ssthresh, tp->snd_cwnd-1);
164 }
165
166 static void tcp_vegas_cong_avoid(struct sock *sk, u32 ack, u32 in_flight)
167 {
168         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
169         struct vegas *vegas = inet_csk_ca(sk);
170
171         if (!vegas->doing_vegas_now) {
172                 tcp_reno_cong_avoid(sk, ack, in_flight);
173                 return;
174         }
175
176         if (after(ack, vegas->beg_snd_nxt)) {
177                 /* Do the Vegas once-per-RTT cwnd adjustment. */
178
179                 /* Save the extent of the current window so we can use this
180                  * at the end of the next RTT.
181                  */
182                 vegas->beg_snd_nxt  = tp->snd_nxt;
183
184                 /* We do the Vegas calculations only if we got enough RTT
185                  * samples that we can be reasonably sure that we got
186                  * at least one RTT sample that wasn't from a delayed ACK.
187                  * If we only had 2 samples total,
188                  * then that means we're getting only 1 ACK per RTT, which
189                  * means they're almost certainly delayed ACKs.
190                  * If  we have 3 samples, we should be OK.
191                  */
192
193                 if (vegas->cntRTT <= 2) {
194                         /* We don't have enough RTT samples to do the Vegas
195                          * calculation, so we'll behave like Reno.
196                          */
197                         tcp_reno_cong_avoid(sk, ack, in_flight);
198                 } else {
199                         u32 rtt, diff;
200                         u64 target_cwnd;
201
202                         /* We have enough RTT samples, so, using the Vegas
203                          * algorithm, we determine if we should increase or
204                          * decrease cwnd, and by how much.
205                          */
206
207                         /* Pluck out the RTT we are using for the Vegas
208                          * calculations. This is the min RTT seen during the
209                          * last RTT. Taking the min filters out the effects
210                          * of delayed ACKs, at the cost of noticing congestion
211                          * a bit later.
212                          */
213                         rtt = vegas->minRTT;
214
215                         /* Calculate the cwnd we should have, if we weren't
216                          * going too fast.
217                          *
218                          * This is:
219                          *     (actual rate in segments) * baseRTT
220                          */
221                         target_cwnd = tp->snd_cwnd * vegas->baseRTT / rtt;
222
223                         /* Calculate the difference between the window we had,
224                          * and the window we would like to have. This quantity
225                          * is the "Diff" from the Arizona Vegas papers.
226                          */
227                         diff = tp->snd_cwnd * (rtt-vegas->baseRTT) / vegas->baseRTT;
228
229                         if (diff > gamma && tp->snd_cwnd <= tp->snd_ssthresh) {
230                                 /* Going too fast. Time to slow down
231                                  * and switch to congestion avoidance.
232                                  */
233
234                                 /* Set cwnd to match the actual rate
235                                  * exactly:
236                                  *   cwnd = (actual rate) * baseRTT
237                                  * Then we add 1 because the integer
238                                  * truncation robs us of full link
239                                  * utilization.
240                                  */
241                                 tp->snd_cwnd = min(tp->snd_cwnd, (u32)target_cwnd+1);
242                                 tp->snd_ssthresh = tcp_vegas_ssthresh(tp);
243
244                         } else if (tp->snd_cwnd <= tp->snd_ssthresh) {
245                                 /* Slow start.  */
246                                 tcp_slow_start(tp);
247                         } else {
248                                 /* Congestion avoidance. */
249
250                                 /* Figure out where we would like cwnd
251                                  * to be.
252                                  */
253                                 if (diff > beta) {
254                                         /* The old window was too fast, so
255                                          * we slow down.
256                                          */
257                                         tp->snd_cwnd--;
258                                         tp->snd_ssthresh
259                                                 = tcp_vegas_ssthresh(tp);
260                                 } else if (diff < alpha) {
261                                         /* We don't have enough extra packets
262                                          * in the network, so speed up.
263                                          */
264                                         tp->snd_cwnd++;
265                                 } else {
266                                         /* Sending just as fast as we
267                                          * should be.
268                                          */
269                                 }
270                         }
271
272                         if (tp->snd_cwnd < 2)
273                                 tp->snd_cwnd = 2;
274                         else if (tp->snd_cwnd > tp->snd_cwnd_clamp)
275                                 tp->snd_cwnd = tp->snd_cwnd_clamp;
276
277                         tp->snd_ssthresh = tcp_current_ssthresh(sk);
278                 }
279
280                 /* Wipe the slate clean for the next RTT. */
281                 vegas->cntRTT = 0;
282                 vegas->minRTT = 0x7fffffff;
283         }
284         /* Use normal slow start */
285         else if (tp->snd_cwnd <= tp->snd_ssthresh)
286                 tcp_slow_start(tp);
287
288 }
289
290 /* Extract info for Tcp socket info provided via netlink. */
291 void tcp_vegas_get_info(struct sock *sk, u32 ext, struct sk_buff *skb)
292 {
293         const struct vegas *ca = inet_csk_ca(sk);
294         if (ext & (1 << (INET_DIAG_VEGASINFO - 1))) {
295                 struct tcpvegas_info info = {
296                         .tcpv_enabled = ca->doing_vegas_now,
297                         .tcpv_rttcnt = ca->cntRTT,
298                         .tcpv_rtt = ca->baseRTT,
299                         .tcpv_minrtt = ca->minRTT,
300                 };
301
302                 nla_put(skb, INET_DIAG_VEGASINFO, sizeof(info), &info);
303         }
304 }
305 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_vegas_get_info);
306
307 static struct tcp_congestion_ops tcp_vegas __read_mostly = {
308         .flags          = TCP_CONG_RTT_STAMP,
309         .init           = tcp_vegas_init,
310         .ssthresh       = tcp_reno_ssthresh,
311         .cong_avoid     = tcp_vegas_cong_avoid,
312         .min_cwnd       = tcp_reno_min_cwnd,
313         .pkts_acked     = tcp_vegas_pkts_acked,
314         .set_state      = tcp_vegas_state,
315         .cwnd_event     = tcp_vegas_cwnd_event,
316         .get_info       = tcp_vegas_get_info,
317
318         .owner          = THIS_MODULE,
319         .name           = "vegas",
320 };
321
322 static int __init tcp_vegas_register(void)
323 {
324         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct vegas) > ICSK_CA_PRIV_SIZE);
325         tcp_register_congestion_control(&tcp_vegas);
326         return 0;
327 }
328
329 static void __exit tcp_vegas_unregister(void)
330 {
331         tcp_unregister_congestion_control(&tcp_vegas);
332 }
333
334 module_init(tcp_vegas_register);
335 module_exit(tcp_vegas_unregister);
336
337 MODULE_AUTHOR("Stephen Hemminger");
338 MODULE_LICENSE("GPL");
339 MODULE_DESCRIPTION("TCP Vegas");