| Viewing file:  red.h (10.3 KB)      -rw-r--r-- Select action/file-type:
 
  (+) |  (+) |  (+) | Code (+) | Session (+) |  (+) | SDB (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) | 
 
#ifndef __NET_SCHED_RED_H#define __NET_SCHED_RED_H
 
 #include <linux/types.h>
 #include <linux/bug.h>
 #include <net/pkt_sched.h>
 #include <net/inet_ecn.h>
 #include <net/dsfield.h>
 #include <linux/reciprocal_div.h>
 
 /*    Random Early Detection (RED) algorithm.
 =======================================
 
 Source: Sally Floyd and Van Jacobson, "Random Early Detection Gateways
 for Congestion Avoidance", 1993, IEEE/ACM Transactions on Networking.
 
 This file codes a "divisionless" version of RED algorithm
 as written down in Fig.17 of the paper.
 
 Short description.
 ------------------
 
 When a new packet arrives we calculate the average queue length:
 
 avg = (1-W)*avg + W*current_queue_len,
 
 W is the filter time constant (chosen as 2^(-Wlog)), it controls
 the inertia of the algorithm. To allow larger bursts, W should be
 decreased.
 
 if (avg > th_max) -> packet marked (dropped).
 if (avg < th_min) -> packet passes.
 if (th_min < avg < th_max) we calculate probability:
 
 Pb = max_P * (avg - th_min)/(th_max-th_min)
 
 and mark (drop) packet with this probability.
 Pb changes from 0 (at avg==th_min) to max_P (avg==th_max).
 max_P should be small (not 1), usually 0.01..0.02 is good value.
 
 max_P is chosen as a number, so that max_P/(th_max-th_min)
 is a negative power of two in order arithmetics to contain
 only shifts.
 
 
 Parameters, settable by user:
 -----------------------------
 
 qth_min        - bytes (should be < qth_max/2)
 qth_max        - bytes (should be at least 2*qth_min and less limit)
 Wlog               - bits (<32) log(1/W).
 Plog               - bits (<32)
 
 Plog is related to max_P by formula:
 
 max_P = (qth_max-qth_min)/2^Plog;
 
 F.e. if qth_max=128K and qth_min=32K, then Plog=22
 corresponds to max_P=0.02
 
 Scell_log
 Stab
 
 Lookup table for log((1-W)^(t/t_ave).
 
 
 NOTES:
 
 Upper bound on W.
 -----------------
 
 If you want to allow bursts of L packets of size S,
 you should choose W:
 
 L + 1 - th_min/S < (1-(1-W)^L)/W
 
 th_min/S = 32         th_min/S = 4
 
 log(W)    L
 -1    33
 -2    35
 -3    39
 -4    46
 -5    57
 -6    75
 -7    101
 -8    135
 -9    190
 etc.
 */
 
 /*
 * Adaptative RED : An Algorithm for Increasing the Robustness of RED's AQM
 * (Sally FLoyd, Ramakrishna Gummadi, and Scott Shenker) August 2001
 *
 * Every 500 ms:
 *  if (avg > target and max_p <= 0.5)
 *   increase max_p : max_p += alpha;
 *  else if (avg < target and max_p >= 0.01)
 *   decrease max_p : max_p *= beta;
 *
 * target :[qth_min + 0.4*(qth_min - qth_max),
 *          qth_min + 0.6*(qth_min - qth_max)].
 * alpha : min(0.01, max_p / 4)
 * beta : 0.9
 * max_P is a Q0.32 fixed point number (with 32 bits mantissa)
 * max_P between 0.01 and 0.5 (1% - 50%) [ Its no longer a negative power of two ]
 */
 #define RED_ONE_PERCENT ((u32)DIV_ROUND_CLOSEST(1ULL<<32, 100))
 
 #define MAX_P_MIN (1 * RED_ONE_PERCENT)
 #define MAX_P_MAX (50 * RED_ONE_PERCENT)
 #define MAX_P_ALPHA(val) min(MAX_P_MIN, val / 4)
 
 #define RED_STAB_SIZE    256
 #define RED_STAB_MASK    (RED_STAB_SIZE - 1)
 
 struct red_stats {
 u32        prob_drop;    /* Early probability drops */
 u32        prob_mark;    /* Early probability marks */
 u32        forced_drop;    /* Forced drops, qavg > max_thresh */
 u32        forced_mark;    /* Forced marks, qavg > max_thresh */
 u32        pdrop;          /* Drops due to queue limits */
 u32        other;          /* Drops due to drop() calls */
 };
 
 struct red_parms {
 /* Parameters */
 u32        qth_min;    /* Min avg length threshold: Wlog scaled */
 u32        qth_max;    /* Max avg length threshold: Wlog scaled */
 u32        Scell_max;
 u32        max_P;        /* probability, [0 .. 1.0] 32 scaled */
 /* reciprocal_value(max_P / qth_delta) */
 struct reciprocal_value    max_P_reciprocal;
 u32        qth_delta;    /* max_th - min_th */
 u32        target_min;    /* min_th + 0.4*(max_th - min_th) */
 u32        target_max;    /* min_th + 0.6*(max_th - min_th) */
 u8        Scell_log;
 u8        Wlog;        /* log(W)        */
 u8        Plog;        /* random number bits    */
 u8        Stab[RED_STAB_SIZE];
 };
 
 struct red_vars {
 /* Variables */
 int        qcount;        /* Number of packets since last random
 number generation */
 u32        qR;        /* Cached random number */
 
 unsigned long    qavg;        /* Average queue length: Wlog scaled */
 ktime_t        qidlestart;    /* Start of current idle period */
 };
 
 static inline u32 red_maxp(u8 Plog)
 {
 return Plog < 32 ? (~0U >> Plog) : ~0U;
 }
 
 static inline void red_set_vars(struct red_vars *v)
 {
 /* Reset average queue length, the value is strictly bound
 * to the parameters below, reseting hurts a bit but leaving
 * it might result in an unreasonable qavg for a while. --TGR
 */
 v->qavg        = 0;
 
 v->qcount    = -1;
 }
 
 static inline bool red_check_params(u32 qth_min, u32 qth_max, u8 Wlog, u8 Scell_log)
 {
 if (fls(qth_min) + Wlog > 32)
 return false;
 if (fls(qth_max) + Wlog > 32)
 return false;
 if (Scell_log >= 32)
 return false;
 if (qth_max < qth_min)
 return false;
 return true;
 }
 
 static inline void red_set_parms(struct red_parms *p,
 u32 qth_min, u32 qth_max, u8 Wlog, u8 Plog,
 u8 Scell_log, u8 *stab, u32 max_P)
 {
 int delta = qth_max - qth_min;
 u32 max_p_delta;
 
 p->qth_min    = qth_min << Wlog;
 p->qth_max    = qth_max << Wlog;
 p->Wlog        = Wlog;
 p->Plog        = Plog;
 if (delta <= 0)
 delta = 1;
 p->qth_delta    = delta;
 if (!max_P) {
 max_P = red_maxp(Plog);
 max_P *= delta; /* max_P = (qth_max - qth_min)/2^Plog */
 }
 p->max_P = max_P;
 max_p_delta = max_P / delta;
 max_p_delta = max(max_p_delta, 1U);
 p->max_P_reciprocal  = reciprocal_value(max_p_delta);
 
 /* RED Adaptative target :
 * [min_th + 0.4*(min_th - max_th),
 *  min_th + 0.6*(min_th - max_th)].
 */
 delta /= 5;
 p->target_min = qth_min + 2*delta;
 p->target_max = qth_min + 3*delta;
 
 p->Scell_log    = Scell_log;
 p->Scell_max    = (255 << Scell_log);
 
 if (stab)
 memcpy(p->Stab, stab, sizeof(p->Stab));
 }
 
 static inline int red_is_idling(const struct red_vars *v)
 {
 return v->qidlestart.tv64 != 0;
 }
 
 static inline void red_start_of_idle_period(struct red_vars *v)
 {
 v->qidlestart = ktime_get();
 }
 
 static inline void red_end_of_idle_period(struct red_vars *v)
 {
 v->qidlestart.tv64 = 0;
 }
 
 static inline void red_restart(struct red_vars *v)
 {
 red_end_of_idle_period(v);
 v->qavg = 0;
 v->qcount = -1;
 }
 
 static inline unsigned long red_calc_qavg_from_idle_time(const struct red_parms *p,
 const struct red_vars *v)
 {
 s64 delta = ktime_us_delta(ktime_get(), v->qidlestart);
 long us_idle = min_t(s64, delta, p->Scell_max);
 int  shift;
 
 /*
 * The problem: ideally, average length queue recalcultion should
 * be done over constant clock intervals. This is too expensive, so
 * that the calculation is driven by outgoing packets.
 * When the queue is idle we have to model this clock by hand.
 *
 * SF+VJ proposed to "generate":
 *
 *    m = idletime / (average_pkt_size / bandwidth)
 *
 * dummy packets as a burst after idle time, i.e.
 *
 *     v->qavg *= (1-W)^m
 *
 * This is an apparently overcomplicated solution (f.e. we have to
 * precompute a table to make this calculation in reasonable time)
 * I believe that a simpler model may be used here,
 * but it is field for experiments.
 */
 
 shift = p->Stab[(us_idle >> p->Scell_log) & RED_STAB_MASK];
 
 if (shift)
 return v->qavg >> shift;
 else {
 /* Approximate initial part of exponent with linear function:
 *
 *     (1-W)^m ~= 1-mW + ...
 *
 * Seems, it is the best solution to
 * problem of too coarse exponent tabulation.
 */
 us_idle = (v->qavg * (u64)us_idle) >> p->Scell_log;
 
 if (us_idle < (v->qavg >> 1))
 return v->qavg - us_idle;
 else
 return v->qavg >> 1;
 }
 }
 
 static inline unsigned long red_calc_qavg_no_idle_time(const struct red_parms *p,
 const struct red_vars *v,
 unsigned int backlog)
 {
 /*
 * NOTE: v->qavg is fixed point number with point at Wlog.
 * The formula below is equvalent to floating point
 * version:
 *
 *     qavg = qavg*(1-W) + backlog*W;
 *
 * --ANK (980924)
 */
 return v->qavg + (backlog - (v->qavg >> p->Wlog));
 }
 
 static inline unsigned long red_calc_qavg(const struct red_parms *p,
 const struct red_vars *v,
 unsigned int backlog)
 {
 if (!red_is_idling(v))
 return red_calc_qavg_no_idle_time(p, v, backlog);
 else
 return red_calc_qavg_from_idle_time(p, v);
 }
 
 
 static inline u32 red_random(const struct red_parms *p)
 {
 return reciprocal_divide(prandom_u32(), p->max_P_reciprocal);
 }
 
 static inline int red_mark_probability(const struct red_parms *p,
 const struct red_vars *v,
 unsigned long qavg)
 {
 /* The formula used below causes questions.
 
 OK. qR is random number in the interval
 (0..1/max_P)*(qth_max-qth_min)
 i.e. 0..(2^Plog). If we used floating point
 arithmetics, it would be: (2^Plog)*rnd_num,
 where rnd_num is less 1.
 
 Taking into account, that qavg have fixed
 point at Wlog, two lines
 below have the following floating point equivalent:
 
 max_P*(qavg - qth_min)/(qth_max-qth_min) < rnd/qcount
 
 Any questions? --ANK (980924)
 */
 return !(((qavg - p->qth_min) >> p->Wlog) * v->qcount < v->qR);
 }
 
 enum {
 RED_BELOW_MIN_THRESH,
 RED_BETWEEN_TRESH,
 RED_ABOVE_MAX_TRESH,
 };
 
 static inline int red_cmp_thresh(const struct red_parms *p, unsigned long qavg)
 {
 if (qavg < p->qth_min)
 return RED_BELOW_MIN_THRESH;
 else if (qavg >= p->qth_max)
 return RED_ABOVE_MAX_TRESH;
 else
 return RED_BETWEEN_TRESH;
 }
 
 enum {
 RED_DONT_MARK,
 RED_PROB_MARK,
 RED_HARD_MARK,
 };
 
 static inline int red_action(const struct red_parms *p,
 struct red_vars *v,
 unsigned long qavg)
 {
 switch (red_cmp_thresh(p, qavg)) {
 case RED_BELOW_MIN_THRESH:
 v->qcount = -1;
 return RED_DONT_MARK;
 
 case RED_BETWEEN_TRESH:
 if (++v->qcount) {
 if (red_mark_probability(p, v, qavg)) {
 v->qcount = 0;
 v->qR = red_random(p);
 return RED_PROB_MARK;
 }
 } else
 v->qR = red_random(p);
 
 return RED_DONT_MARK;
 
 case RED_ABOVE_MAX_TRESH:
 v->qcount = -1;
 return RED_HARD_MARK;
 }
 
 BUG();
 return RED_DONT_MARK;
 }
 
 static inline void red_adaptative_algo(struct red_parms *p, struct red_vars *v)
 {
 unsigned long qavg;
 u32 max_p_delta;
 
 qavg = v->qavg;
 if (red_is_idling(v))
 qavg = red_calc_qavg_from_idle_time(p, v);
 
 /* v->qavg is fixed point number with point at Wlog */
 qavg >>= p->Wlog;
 
 if (qavg > p->target_max && p->max_P <= MAX_P_MAX)
 p->max_P += MAX_P_ALPHA(p->max_P); /* maxp = maxp + alpha */
 else if (qavg < p->target_min && p->max_P >= MAX_P_MIN)
 p->max_P = (p->max_P/10)*9; /* maxp = maxp * Beta */
 
 max_p_delta = DIV_ROUND_CLOSEST(p->max_P, p->qth_delta);
 max_p_delta = max(max_p_delta, 1U);
 p->max_P_reciprocal = reciprocal_value(max_p_delta);
 }
 #endif
 
 |