Merge tag 'tags/bcm2835-drivers-next-2019-03-12' into soc/fixes
[linux-2.6-block.git] / net / ipv4 / tcp_bbr.c
1 /* Bottleneck Bandwidth and RTT (BBR) congestion control
2  *
3  * BBR congestion control computes the sending rate based on the delivery
4  * rate (throughput) estimated from ACKs. In a nutshell:
5  *
6  *   On each ACK, update our model of the network path:
7  *      bottleneck_bandwidth = windowed_max(delivered / elapsed, 10 round trips)
8  *      min_rtt = windowed_min(rtt, 10 seconds)
9  *   pacing_rate = pacing_gain * bottleneck_bandwidth
10  *   cwnd = max(cwnd_gain * bottleneck_bandwidth * min_rtt, 4)
11  *
12  * The core algorithm does not react directly to packet losses or delays,
13  * although BBR may adjust the size of next send per ACK when loss is
14  * observed, or adjust the sending rate if it estimates there is a
15  * traffic policer, in order to keep the drop rate reasonable.
16  *
17  * Here is a state transition diagram for BBR:
18  *
19  *             |
20  *             V
21  *    +---> STARTUP  ----+
22  *    |        |         |
23  *    |        V         |
24  *    |      DRAIN   ----+
25  *    |        |         |
26  *    |        V         |
27  *    +---> PROBE_BW ----+
28  *    |      ^    |      |
29  *    |      |    |      |
30  *    |      +----+      |
31  *    |                  |
32  *    +---- PROBE_RTT <--+
33  *
34  * A BBR flow starts in STARTUP, and ramps up its sending rate quickly.
35  * When it estimates the pipe is full, it enters DRAIN to drain the queue.
36  * In steady state a BBR flow only uses PROBE_BW and PROBE_RTT.
37  * A long-lived BBR flow spends the vast majority of its time remaining
38  * (repeatedly) in PROBE_BW, fully probing and utilizing the pipe's bandwidth
39  * in a fair manner, with a small, bounded queue. *If* a flow has been
40  * continuously sending for the entire min_rtt window, and hasn't seen an RTT
41  * sample that matches or decreases its min_rtt estimate for 10 seconds, then
42  * it briefly enters PROBE_RTT to cut inflight to a minimum value to re-probe
43  * the path's two-way propagation delay (min_rtt). When exiting PROBE_RTT, if
44  * we estimated that we reached the full bw of the pipe then we enter PROBE_BW;
45  * otherwise we enter STARTUP to try to fill the pipe.
46  *
47  * BBR is described in detail in:
48  *   "BBR: Congestion-Based Congestion Control",
49  *   Neal Cardwell, Yuchung Cheng, C. Stephen Gunn, Soheil Hassas Yeganeh,
50  *   Van Jacobson. ACM Queue, Vol. 14 No. 5, September-October 2016.
51  *
52  * There is a public e-mail list for discussing BBR development and testing:
53  *   https://groups.google.com/forum/#!forum/bbr-dev
54  *
55  * NOTE: BBR might be used with the fq qdisc ("man tc-fq") with pacing enabled,
56  * otherwise TCP stack falls back to an internal pacing using one high
57  * resolution timer per TCP socket and may use more resources.
58  */
59 #include <linux/module.h>
60 #include <net/tcp.h>
61 #include <linux/inet_diag.h>
62 #include <linux/inet.h>
63 #include <linux/random.h>
64 #include <linux/win_minmax.h>
65
66 /* Scale factor for rate in pkt/uSec unit to avoid truncation in bandwidth
67  * estimation. The rate unit ~= (1500 bytes / 1 usec / 2^24) ~= 715 bps.
68  * This handles bandwidths from 0.06pps (715bps) to 256Mpps (3Tbps) in a u32.
69  * Since the minimum window is >=4 packets, the lower bound isn't
70  * an issue. The upper bound isn't an issue with existing technologies.
71  */
72 #define BW_SCALE 24
73 #define BW_UNIT (1 << BW_SCALE)
74
75 #define BBR_SCALE 8     /* scaling factor for fractions in BBR (e.g. gains) */
76 #define BBR_UNIT (1 << BBR_SCALE)
77
78 /* BBR has the following modes for deciding how fast to send: */
79 enum bbr_mode {
80         BBR_STARTUP,    /* ramp up sending rate rapidly to fill pipe */
81         BBR_DRAIN,      /* drain any queue created during startup */
82         BBR_PROBE_BW,   /* discover, share bw: pace around estimated bw */
83         BBR_PROBE_RTT,  /* cut inflight to min to probe min_rtt */
84 };
85
86 /* BBR congestion control block */
87 struct bbr {
88         u32     min_rtt_us;             /* min RTT in min_rtt_win_sec window */
89         u32     min_rtt_stamp;          /* timestamp of min_rtt_us */
90         u32     probe_rtt_done_stamp;   /* end time for BBR_PROBE_RTT mode */
91         struct minmax bw;       /* Max recent delivery rate in pkts/uS << 24 */
92         u32     rtt_cnt;            /* count of packet-timed rounds elapsed */
93         u32     next_rtt_delivered; /* scb->tx.delivered at end of round */
94         u64     cycle_mstamp;        /* time of this cycle phase start */
95         u32     mode:3,              /* current bbr_mode in state machine */
96                 prev_ca_state:3,     /* CA state on previous ACK */
97                 packet_conservation:1,  /* use packet conservation? */
98                 round_start:1,       /* start of packet-timed tx->ack round? */
99                 idle_restart:1,      /* restarting after idle? */
100                 probe_rtt_round_done:1,  /* a BBR_PROBE_RTT round at 4 pkts? */
101                 unused:13,
102                 lt_is_sampling:1,    /* taking long-term ("LT") samples now? */
103                 lt_rtt_cnt:7,        /* round trips in long-term interval */
104                 lt_use_bw:1;         /* use lt_bw as our bw estimate? */
105         u32     lt_bw;               /* LT est delivery rate in pkts/uS << 24 */
106         u32     lt_last_delivered;   /* LT intvl start: tp->delivered */
107         u32     lt_last_stamp;       /* LT intvl start: tp->delivered_mstamp */
108         u32     lt_last_lost;        /* LT intvl start: tp->lost */
109         u32     pacing_gain:10, /* current gain for setting pacing rate */
110                 cwnd_gain:10,   /* current gain for setting cwnd */
111                 full_bw_reached:1,   /* reached full bw in Startup? */
112                 full_bw_cnt:2,  /* number of rounds without large bw gains */
113                 cycle_idx:3,    /* current index in pacing_gain cycle array */
114                 has_seen_rtt:1, /* have we seen an RTT sample yet? */
115                 unused_b:5;
116         u32     prior_cwnd;     /* prior cwnd upon entering loss recovery */
117         u32     full_bw;        /* recent bw, to estimate if pipe is full */
118
119         /* For tracking ACK aggregation: */
120         u64     ack_epoch_mstamp;       /* start of ACK sampling epoch */
121         u16     extra_acked[2];         /* max excess data ACKed in epoch */
122         u32     ack_epoch_acked:20,     /* packets (S)ACKed in sampling epoch */
123                 extra_acked_win_rtts:5, /* age of extra_acked, in round trips */
124                 extra_acked_win_idx:1,  /* current index in extra_acked array */
125                 unused_c:6;
126 };
127
128 #define CYCLE_LEN       8       /* number of phases in a pacing gain cycle */
129
130 /* Window length of bw filter (in rounds): */
131 static const int bbr_bw_rtts = CYCLE_LEN + 2;
132 /* Window length of min_rtt filter (in sec): */
133 static const u32 bbr_min_rtt_win_sec = 10;
134 /* Minimum time (in ms) spent at bbr_cwnd_min_target in BBR_PROBE_RTT mode: */
135 static const u32 bbr_probe_rtt_mode_ms = 200;
136 /* Skip TSO below the following bandwidth (bits/sec): */
137 static const int bbr_min_tso_rate = 1200000;
138
139 /* Pace at ~1% below estimated bw, on average, to reduce queue at bottleneck.
140  * In order to help drive the network toward lower queues and low latency while
141  * maintaining high utilization, the average pacing rate aims to be slightly
142  * lower than the estimated bandwidth. This is an important aspect of the
143  * design.
144  */
145 static const int bbr_pacing_margin_percent = 1;
146
147 /* We use a high_gain value of 2/ln(2) because it's the smallest pacing gain
148  * that will allow a smoothly increasing pacing rate that will double each RTT
149  * and send the same number of packets per RTT that an un-paced, slow-starting
150  * Reno or CUBIC flow would:
151  */
152 static const int bbr_high_gain  = BBR_UNIT * 2885 / 1000 + 1;
153 /* The pacing gain of 1/high_gain in BBR_DRAIN is calculated to typically drain
154  * the queue created in BBR_STARTUP in a single round:
155  */
156 static const int bbr_drain_gain = BBR_UNIT * 1000 / 2885;
157 /* The gain for deriving steady-state cwnd tolerates delayed/stretched ACKs: */
158 static const int bbr_cwnd_gain  = BBR_UNIT * 2;
159 /* The pacing_gain values for the PROBE_BW gain cycle, to discover/share bw: */
160 static const int bbr_pacing_gain[] = {
161         BBR_UNIT * 5 / 4,       /* probe for more available bw */
162         BBR_UNIT * 3 / 4,       /* drain queue and/or yield bw to other flows */
163         BBR_UNIT, BBR_UNIT, BBR_UNIT,   /* cruise at 1.0*bw to utilize pipe, */
164         BBR_UNIT, BBR_UNIT, BBR_UNIT    /* without creating excess queue... */
165 };
166 /* Randomize the starting gain cycling phase over N phases: */
167 static const u32 bbr_cycle_rand = 7;
168
169 /* Try to keep at least this many packets in flight, if things go smoothly. For
170  * smooth functioning, a sliding window protocol ACKing every other packet
171  * needs at least 4 packets in flight:
172  */
173 static const u32 bbr_cwnd_min_target = 4;
174
175 /* To estimate if BBR_STARTUP mode (i.e. high_gain) has filled pipe... */
176 /* If bw has increased significantly (1.25x), there may be more bw available: */
177 static const u32 bbr_full_bw_thresh = BBR_UNIT * 5 / 4;
178 /* But after 3 rounds w/o significant bw growth, estimate pipe is full: */
179 static const u32 bbr_full_bw_cnt = 3;
180
181 /* "long-term" ("LT") bandwidth estimator parameters... */
182 /* The minimum number of rounds in an LT bw sampling interval: */
183 static const u32 bbr_lt_intvl_min_rtts = 4;
184 /* If lost/delivered ratio > 20%, interval is "lossy" and we may be policed: */
185 static const u32 bbr_lt_loss_thresh = 50;
186 /* If 2 intervals have a bw ratio <= 1/8, their bw is "consistent": */
187 static const u32 bbr_lt_bw_ratio = BBR_UNIT / 8;
188 /* If 2 intervals have a bw diff <= 4 Kbit/sec their bw is "consistent": */
189 static const u32 bbr_lt_bw_diff = 4000 / 8;
190 /* If we estimate we're policed, use lt_bw for this many round trips: */
191 static const u32 bbr_lt_bw_max_rtts = 48;
192
193 /* Gain factor for adding extra_acked to target cwnd: */
194 static const int bbr_extra_acked_gain = BBR_UNIT;
195 /* Window length of extra_acked window. */
196 static const u32 bbr_extra_acked_win_rtts = 5;
197 /* Max allowed val for ack_epoch_acked, after which sampling epoch is reset */
198 static const u32 bbr_ack_epoch_acked_reset_thresh = 1U << 20;
199 /* Time period for clamping cwnd increment due to ack aggregation */
200 static const u32 bbr_extra_acked_max_us = 100 * 1000;
201
202 static void bbr_check_probe_rtt_done(struct sock *sk);
203
204 /* Do we estimate that STARTUP filled the pipe? */
205 static bool bbr_full_bw_reached(const struct sock *sk)
206 {
207         const struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
208
209         return bbr->full_bw_reached;
210 }
211
212 /* Return the windowed max recent bandwidth sample, in pkts/uS << BW_SCALE. */
213 static u32 bbr_max_bw(const struct sock *sk)
214 {
215         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
216
217         return minmax_get(&bbr->bw);
218 }
219
220 /* Return the estimated bandwidth of the path, in pkts/uS << BW_SCALE. */
221 static u32 bbr_bw(const struct sock *sk)
222 {
223         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
224
225         return bbr->lt_use_bw ? bbr->lt_bw : bbr_max_bw(sk);
226 }
227
228 /* Return maximum extra acked in past k-2k round trips,
229  * where k = bbr_extra_acked_win_rtts.
230  */
231 static u16 bbr_extra_acked(const struct sock *sk)
232 {
233         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
234
235         return max(bbr->extra_acked[0], bbr->extra_acked[1]);
236 }
237
238 /* Return rate in bytes per second, optionally with a gain.
239  * The order here is chosen carefully to avoid overflow of u64. This should
240  * work for input rates of up to 2.9Tbit/sec and gain of 2.89x.
241  */
242 static u64 bbr_rate_bytes_per_sec(struct sock *sk, u64 rate, int gain)
243 {
244         unsigned int mss = tcp_sk(sk)->mss_cache;
245
246         rate *= mss;
247         rate *= gain;
248         rate >>= BBR_SCALE;
249         rate *= USEC_PER_SEC / 100 * (100 - bbr_pacing_margin_percent);
250         return rate >> BW_SCALE;
251 }
252
253 /* Convert a BBR bw and gain factor to a pacing rate in bytes per second. */
254 static unsigned long bbr_bw_to_pacing_rate(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
255 {
256         u64 rate = bw;
257
258         rate = bbr_rate_bytes_per_sec(sk, rate, gain);
259         rate = min_t(u64, rate, sk->sk_max_pacing_rate);
260         return rate;
261 }
262
263 /* Initialize pacing rate to: high_gain * init_cwnd / RTT. */
264 static void bbr_init_pacing_rate_from_rtt(struct sock *sk)
265 {
266         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
267         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
268         u64 bw;
269         u32 rtt_us;
270
271         if (tp->srtt_us) {              /* any RTT sample yet? */
272                 rtt_us = max(tp->srtt_us >> 3, 1U);
273                 bbr->has_seen_rtt = 1;
274         } else {                         /* no RTT sample yet */
275                 rtt_us = USEC_PER_MSEC;  /* use nominal default RTT */
276         }
277         bw = (u64)tp->snd_cwnd * BW_UNIT;
278         do_div(bw, rtt_us);
279         sk->sk_pacing_rate = bbr_bw_to_pacing_rate(sk, bw, bbr_high_gain);
280 }
281
282 /* Pace using current bw estimate and a gain factor. */
283 static void bbr_set_pacing_rate(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
284 {
285         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
286         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
287         unsigned long rate = bbr_bw_to_pacing_rate(sk, bw, gain);
288
289         if (unlikely(!bbr->has_seen_rtt && tp->srtt_us))
290                 bbr_init_pacing_rate_from_rtt(sk);
291         if (bbr_full_bw_reached(sk) || rate > sk->sk_pacing_rate)
292                 sk->sk_pacing_rate = rate;
293 }
294
295 /* override sysctl_tcp_min_tso_segs */
296 static u32 bbr_min_tso_segs(struct sock *sk)
297 {
298         return sk->sk_pacing_rate < (bbr_min_tso_rate >> 3) ? 1 : 2;
299 }
300
301 static u32 bbr_tso_segs_goal(struct sock *sk)
302 {
303         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
304         u32 segs, bytes;
305
306         /* Sort of tcp_tso_autosize() but ignoring
307          * driver provided sk_gso_max_size.
308          */
309         bytes = min_t(unsigned long, sk->sk_pacing_rate >> sk->sk_pacing_shift,
310                       GSO_MAX_SIZE - 1 - MAX_TCP_HEADER);
311         segs = max_t(u32, bytes / tp->mss_cache, bbr_min_tso_segs(sk));
312
313         return min(segs, 0x7FU);
314 }
315
316 /* Save "last known good" cwnd so we can restore it after losses or PROBE_RTT */
317 static void bbr_save_cwnd(struct sock *sk)
318 {
319         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
320         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
321
322         if (bbr->prev_ca_state < TCP_CA_Recovery && bbr->mode != BBR_PROBE_RTT)
323                 bbr->prior_cwnd = tp->snd_cwnd;  /* this cwnd is good enough */
324         else  /* loss recovery or BBR_PROBE_RTT have temporarily cut cwnd */
325                 bbr->prior_cwnd = max(bbr->prior_cwnd, tp->snd_cwnd);
326 }
327
328 static void bbr_cwnd_event(struct sock *sk, enum tcp_ca_event event)
329 {
330         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
331         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
332
333         if (event == CA_EVENT_TX_START && tp->app_limited) {
334                 bbr->idle_restart = 1;
335                 bbr->ack_epoch_mstamp = tp->tcp_mstamp;
336                 bbr->ack_epoch_acked = 0;
337                 /* Avoid pointless buffer overflows: pace at est. bw if we don't
338                  * need more speed (we're restarting from idle and app-limited).
339                  */
340                 if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW)
341                         bbr_set_pacing_rate(sk, bbr_bw(sk), BBR_UNIT);
342                 else if (bbr->mode == BBR_PROBE_RTT)
343                         bbr_check_probe_rtt_done(sk);
344         }
345 }
346
347 /* Calculate bdp based on min RTT and the estimated bottleneck bandwidth:
348  *
349  * bdp = bw * min_rtt * gain
350  *
351  * The key factor, gain, controls the amount of queue. While a small gain
352  * builds a smaller queue, it becomes more vulnerable to noise in RTT
353  * measurements (e.g., delayed ACKs or other ACK compression effects). This
354  * noise may cause BBR to under-estimate the rate.
355  */
356 static u32 bbr_bdp(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
357 {
358         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
359         u32 bdp;
360         u64 w;
361
362         /* If we've never had a valid RTT sample, cap cwnd at the initial
363          * default. This should only happen when the connection is not using TCP
364          * timestamps and has retransmitted all of the SYN/SYNACK/data packets
365          * ACKed so far. In this case, an RTO can cut cwnd to 1, in which
366          * case we need to slow-start up toward something safe: TCP_INIT_CWND.
367          */
368         if (unlikely(bbr->min_rtt_us == ~0U))    /* no valid RTT samples yet? */
369                 return TCP_INIT_CWND;  /* be safe: cap at default initial cwnd*/
370
371         w = (u64)bw * bbr->min_rtt_us;
372
373         /* Apply a gain to the given value, then remove the BW_SCALE shift. */
374         bdp = (((w * gain) >> BBR_SCALE) + BW_UNIT - 1) / BW_UNIT;
375
376         return bdp;
377 }
378
379 /* To achieve full performance in high-speed paths, we budget enough cwnd to
380  * fit full-sized skbs in-flight on both end hosts to fully utilize the path:
381  *   - one skb in sending host Qdisc,
382  *   - one skb in sending host TSO/GSO engine
383  *   - one skb being received by receiver host LRO/GRO/delayed-ACK engine
384  * Don't worry, at low rates (bbr_min_tso_rate) this won't bloat cwnd because
385  * in such cases tso_segs_goal is 1. The minimum cwnd is 4 packets,
386  * which allows 2 outstanding 2-packet sequences, to try to keep pipe
387  * full even with ACK-every-other-packet delayed ACKs.
388  */
389 static u32 bbr_quantization_budget(struct sock *sk, u32 cwnd, int gain)
390 {
391         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
392
393         /* Allow enough full-sized skbs in flight to utilize end systems. */
394         cwnd += 3 * bbr_tso_segs_goal(sk);
395
396         /* Reduce delayed ACKs by rounding up cwnd to the next even number. */
397         cwnd = (cwnd + 1) & ~1U;
398
399         /* Ensure gain cycling gets inflight above BDP even for small BDPs. */
400         if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW && gain > BBR_UNIT)
401                 cwnd += 2;
402
403         return cwnd;
404 }
405
406 /* Find inflight based on min RTT and the estimated bottleneck bandwidth. */
407 static u32 bbr_inflight(struct sock *sk, u32 bw, int gain)
408 {
409         u32 inflight;
410
411         inflight = bbr_bdp(sk, bw, gain);
412         inflight = bbr_quantization_budget(sk, inflight, gain);
413
414         return inflight;
415 }
416
417 /* With pacing at lower layers, there's often less data "in the network" than
418  * "in flight". With TSQ and departure time pacing at lower layers (e.g. fq),
419  * we often have several skbs queued in the pacing layer with a pre-scheduled
420  * earliest departure time (EDT). BBR adapts its pacing rate based on the
421  * inflight level that it estimates has already been "baked in" by previous
422  * departure time decisions. We calculate a rough estimate of the number of our
423  * packets that might be in the network at the earliest departure time for the
424  * next skb scheduled:
425  *   in_network_at_edt = inflight_at_edt - (EDT - now) * bw
426  * If we're increasing inflight, then we want to know if the transmit of the
427  * EDT skb will push inflight above the target, so inflight_at_edt includes
428  * bbr_tso_segs_goal() from the skb departing at EDT. If decreasing inflight,
429  * then estimate if inflight will sink too low just before the EDT transmit.
430  */
431 static u32 bbr_packets_in_net_at_edt(struct sock *sk, u32 inflight_now)
432 {
433         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
434         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
435         u64 now_ns, edt_ns, interval_us;
436         u32 interval_delivered, inflight_at_edt;
437
438         now_ns = tp->tcp_clock_cache;
439         edt_ns = max(tp->tcp_wstamp_ns, now_ns);
440         interval_us = div_u64(edt_ns - now_ns, NSEC_PER_USEC);
441         interval_delivered = (u64)bbr_bw(sk) * interval_us >> BW_SCALE;
442         inflight_at_edt = inflight_now;
443         if (bbr->pacing_gain > BBR_UNIT)              /* increasing inflight */
444                 inflight_at_edt += bbr_tso_segs_goal(sk);  /* include EDT skb */
445         if (interval_delivered >= inflight_at_edt)
446                 return 0;
447         return inflight_at_edt - interval_delivered;
448 }
449
450 /* Find the cwnd increment based on estimate of ack aggregation */
451 static u32 bbr_ack_aggregation_cwnd(struct sock *sk)
452 {
453         u32 max_aggr_cwnd, aggr_cwnd = 0;
454
455         if (bbr_extra_acked_gain && bbr_full_bw_reached(sk)) {
456                 max_aggr_cwnd = ((u64)bbr_bw(sk) * bbr_extra_acked_max_us)
457                                 / BW_UNIT;
458                 aggr_cwnd = (bbr_extra_acked_gain * bbr_extra_acked(sk))
459                              >> BBR_SCALE;
460                 aggr_cwnd = min(aggr_cwnd, max_aggr_cwnd);
461         }
462
463         return aggr_cwnd;
464 }
465
466 /* An optimization in BBR to reduce losses: On the first round of recovery, we
467  * follow the packet conservation principle: send P packets per P packets acked.
468  * After that, we slow-start and send at most 2*P packets per P packets acked.
469  * After recovery finishes, or upon undo, we restore the cwnd we had when
470  * recovery started (capped by the target cwnd based on estimated BDP).
471  *
472  * TODO(ycheng/ncardwell): implement a rate-based approach.
473  */
474 static bool bbr_set_cwnd_to_recover_or_restore(
475         struct sock *sk, const struct rate_sample *rs, u32 acked, u32 *new_cwnd)
476 {
477         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
478         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
479         u8 prev_state = bbr->prev_ca_state, state = inet_csk(sk)->icsk_ca_state;
480         u32 cwnd = tp->snd_cwnd;
481
482         /* An ACK for P pkts should release at most 2*P packets. We do this
483          * in two steps. First, here we deduct the number of lost packets.
484          * Then, in bbr_set_cwnd() we slow start up toward the target cwnd.
485          */
486         if (rs->losses > 0)
487                 cwnd = max_t(s32, cwnd - rs->losses, 1);
488
489         if (state == TCP_CA_Recovery && prev_state != TCP_CA_Recovery) {
490                 /* Starting 1st round of Recovery, so do packet conservation. */
491                 bbr->packet_conservation = 1;
492                 bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;  /* start round now */
493                 /* Cut unused cwnd from app behavior, TSQ, or TSO deferral: */
494                 cwnd = tcp_packets_in_flight(tp) + acked;
495         } else if (prev_state >= TCP_CA_Recovery && state < TCP_CA_Recovery) {
496                 /* Exiting loss recovery; restore cwnd saved before recovery. */
497                 cwnd = max(cwnd, bbr->prior_cwnd);
498                 bbr->packet_conservation = 0;
499         }
500         bbr->prev_ca_state = state;
501
502         if (bbr->packet_conservation) {
503                 *new_cwnd = max(cwnd, tcp_packets_in_flight(tp) + acked);
504                 return true;    /* yes, using packet conservation */
505         }
506         *new_cwnd = cwnd;
507         return false;
508 }
509
510 /* Slow-start up toward target cwnd (if bw estimate is growing, or packet loss
511  * has drawn us down below target), or snap down to target if we're above it.
512  */
513 static void bbr_set_cwnd(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs,
514                          u32 acked, u32 bw, int gain)
515 {
516         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
517         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
518         u32 cwnd = tp->snd_cwnd, target_cwnd = 0;
519
520         if (!acked)
521                 goto done;  /* no packet fully ACKed; just apply caps */
522
523         if (bbr_set_cwnd_to_recover_or_restore(sk, rs, acked, &cwnd))
524                 goto done;
525
526         target_cwnd = bbr_bdp(sk, bw, gain);
527
528         /* Increment the cwnd to account for excess ACKed data that seems
529          * due to aggregation (of data and/or ACKs) visible in the ACK stream.
530          */
531         target_cwnd += bbr_ack_aggregation_cwnd(sk);
532         target_cwnd = bbr_quantization_budget(sk, target_cwnd, gain);
533
534         /* If we're below target cwnd, slow start cwnd toward target cwnd. */
535         if (bbr_full_bw_reached(sk))  /* only cut cwnd if we filled the pipe */
536                 cwnd = min(cwnd + acked, target_cwnd);
537         else if (cwnd < target_cwnd || tp->delivered < TCP_INIT_CWND)
538                 cwnd = cwnd + acked;
539         cwnd = max(cwnd, bbr_cwnd_min_target);
540
541 done:
542         tp->snd_cwnd = min(cwnd, tp->snd_cwnd_clamp);   /* apply global cap */
543         if (bbr->mode == BBR_PROBE_RTT)  /* drain queue, refresh min_rtt */
544                 tp->snd_cwnd = min(tp->snd_cwnd, bbr_cwnd_min_target);
545 }
546
547 /* End cycle phase if it's time and/or we hit the phase's in-flight target. */
548 static bool bbr_is_next_cycle_phase(struct sock *sk,
549                                     const struct rate_sample *rs)
550 {
551         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
552         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
553         bool is_full_length =
554                 tcp_stamp_us_delta(tp->delivered_mstamp, bbr->cycle_mstamp) >
555                 bbr->min_rtt_us;
556         u32 inflight, bw;
557
558         /* The pacing_gain of 1.0 paces at the estimated bw to try to fully
559          * use the pipe without increasing the queue.
560          */
561         if (bbr->pacing_gain == BBR_UNIT)
562                 return is_full_length;          /* just use wall clock time */
563
564         inflight = bbr_packets_in_net_at_edt(sk, rs->prior_in_flight);
565         bw = bbr_max_bw(sk);
566
567         /* A pacing_gain > 1.0 probes for bw by trying to raise inflight to at
568          * least pacing_gain*BDP; this may take more than min_rtt if min_rtt is
569          * small (e.g. on a LAN). We do not persist if packets are lost, since
570          * a path with small buffers may not hold that much.
571          */
572         if (bbr->pacing_gain > BBR_UNIT)
573                 return is_full_length &&
574                         (rs->losses ||  /* perhaps pacing_gain*BDP won't fit */
575                          inflight >= bbr_inflight(sk, bw, bbr->pacing_gain));
576
577         /* A pacing_gain < 1.0 tries to drain extra queue we added if bw
578          * probing didn't find more bw. If inflight falls to match BDP then we
579          * estimate queue is drained; persisting would underutilize the pipe.
580          */
581         return is_full_length ||
582                 inflight <= bbr_inflight(sk, bw, BBR_UNIT);
583 }
584
585 static void bbr_advance_cycle_phase(struct sock *sk)
586 {
587         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
588         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
589
590         bbr->cycle_idx = (bbr->cycle_idx + 1) & (CYCLE_LEN - 1);
591         bbr->cycle_mstamp = tp->delivered_mstamp;
592 }
593
594 /* Gain cycling: cycle pacing gain to converge to fair share of available bw. */
595 static void bbr_update_cycle_phase(struct sock *sk,
596                                    const struct rate_sample *rs)
597 {
598         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
599
600         if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW && bbr_is_next_cycle_phase(sk, rs))
601                 bbr_advance_cycle_phase(sk);
602 }
603
604 static void bbr_reset_startup_mode(struct sock *sk)
605 {
606         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
607
608         bbr->mode = BBR_STARTUP;
609 }
610
611 static void bbr_reset_probe_bw_mode(struct sock *sk)
612 {
613         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
614
615         bbr->mode = BBR_PROBE_BW;
616         bbr->cycle_idx = CYCLE_LEN - 1 - prandom_u32_max(bbr_cycle_rand);
617         bbr_advance_cycle_phase(sk);    /* flip to next phase of gain cycle */
618 }
619
620 static void bbr_reset_mode(struct sock *sk)
621 {
622         if (!bbr_full_bw_reached(sk))
623                 bbr_reset_startup_mode(sk);
624         else
625                 bbr_reset_probe_bw_mode(sk);
626 }
627
628 /* Start a new long-term sampling interval. */
629 static void bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(struct sock *sk)
630 {
631         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
632         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
633
634         bbr->lt_last_stamp = div_u64(tp->delivered_mstamp, USEC_PER_MSEC);
635         bbr->lt_last_delivered = tp->delivered;
636         bbr->lt_last_lost = tp->lost;
637         bbr->lt_rtt_cnt = 0;
638 }
639
640 /* Completely reset long-term bandwidth sampling. */
641 static void bbr_reset_lt_bw_sampling(struct sock *sk)
642 {
643         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
644
645         bbr->lt_bw = 0;
646         bbr->lt_use_bw = 0;
647         bbr->lt_is_sampling = false;
648         bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(sk);
649 }
650
651 /* Long-term bw sampling interval is done. Estimate whether we're policed. */
652 static void bbr_lt_bw_interval_done(struct sock *sk, u32 bw)
653 {
654         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
655         u32 diff;
656
657         if (bbr->lt_bw) {  /* do we have bw from a previous interval? */
658                 /* Is new bw close to the lt_bw from the previous interval? */
659                 diff = abs(bw - bbr->lt_bw);
660                 if ((diff * BBR_UNIT <= bbr_lt_bw_ratio * bbr->lt_bw) ||
661                     (bbr_rate_bytes_per_sec(sk, diff, BBR_UNIT) <=
662                      bbr_lt_bw_diff)) {
663                         /* All criteria are met; estimate we're policed. */
664                         bbr->lt_bw = (bw + bbr->lt_bw) >> 1;  /* avg 2 intvls */
665                         bbr->lt_use_bw = 1;
666                         bbr->pacing_gain = BBR_UNIT;  /* try to avoid drops */
667                         bbr->lt_rtt_cnt = 0;
668                         return;
669                 }
670         }
671         bbr->lt_bw = bw;
672         bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(sk);
673 }
674
675 /* Token-bucket traffic policers are common (see "An Internet-Wide Analysis of
676  * Traffic Policing", SIGCOMM 2016). BBR detects token-bucket policers and
677  * explicitly models their policed rate, to reduce unnecessary losses. We
678  * estimate that we're policed if we see 2 consecutive sampling intervals with
679  * consistent throughput and high packet loss. If we think we're being policed,
680  * set lt_bw to the "long-term" average delivery rate from those 2 intervals.
681  */
682 static void bbr_lt_bw_sampling(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
683 {
684         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
685         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
686         u32 lost, delivered;
687         u64 bw;
688         u32 t;
689
690         if (bbr->lt_use_bw) {   /* already using long-term rate, lt_bw? */
691                 if (bbr->mode == BBR_PROBE_BW && bbr->round_start &&
692                     ++bbr->lt_rtt_cnt >= bbr_lt_bw_max_rtts) {
693                         bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);    /* stop using lt_bw */
694                         bbr_reset_probe_bw_mode(sk);  /* restart gain cycling */
695                 }
696                 return;
697         }
698
699         /* Wait for the first loss before sampling, to let the policer exhaust
700          * its tokens and estimate the steady-state rate allowed by the policer.
701          * Starting samples earlier includes bursts that over-estimate the bw.
702          */
703         if (!bbr->lt_is_sampling) {
704                 if (!rs->losses)
705                         return;
706                 bbr_reset_lt_bw_sampling_interval(sk);
707                 bbr->lt_is_sampling = true;
708         }
709
710         /* To avoid underestimates, reset sampling if we run out of data. */
711         if (rs->is_app_limited) {
712                 bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);
713                 return;
714         }
715
716         if (bbr->round_start)
717                 bbr->lt_rtt_cnt++;      /* count round trips in this interval */
718         if (bbr->lt_rtt_cnt < bbr_lt_intvl_min_rtts)
719                 return;         /* sampling interval needs to be longer */
720         if (bbr->lt_rtt_cnt > 4 * bbr_lt_intvl_min_rtts) {
721                 bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);  /* interval is too long */
722                 return;
723         }
724
725         /* End sampling interval when a packet is lost, so we estimate the
726          * policer tokens were exhausted. Stopping the sampling before the
727          * tokens are exhausted under-estimates the policed rate.
728          */
729         if (!rs->losses)
730                 return;
731
732         /* Calculate packets lost and delivered in sampling interval. */
733         lost = tp->lost - bbr->lt_last_lost;
734         delivered = tp->delivered - bbr->lt_last_delivered;
735         /* Is loss rate (lost/delivered) >= lt_loss_thresh? If not, wait. */
736         if (!delivered || (lost << BBR_SCALE) < bbr_lt_loss_thresh * delivered)
737                 return;
738
739         /* Find average delivery rate in this sampling interval. */
740         t = div_u64(tp->delivered_mstamp, USEC_PER_MSEC) - bbr->lt_last_stamp;
741         if ((s32)t < 1)
742                 return;         /* interval is less than one ms, so wait */
743         /* Check if can multiply without overflow */
744         if (t >= ~0U / USEC_PER_MSEC) {
745                 bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);  /* interval too long; reset */
746                 return;
747         }
748         t *= USEC_PER_MSEC;
749         bw = (u64)delivered * BW_UNIT;
750         do_div(bw, t);
751         bbr_lt_bw_interval_done(sk, bw);
752 }
753
754 /* Estimate the bandwidth based on how fast packets are delivered */
755 static void bbr_update_bw(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
756 {
757         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
758         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
759         u64 bw;
760
761         bbr->round_start = 0;
762         if (rs->delivered < 0 || rs->interval_us <= 0)
763                 return; /* Not a valid observation */
764
765         /* See if we've reached the next RTT */
766         if (!before(rs->prior_delivered, bbr->next_rtt_delivered)) {
767                 bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;
768                 bbr->rtt_cnt++;
769                 bbr->round_start = 1;
770                 bbr->packet_conservation = 0;
771         }
772
773         bbr_lt_bw_sampling(sk, rs);
774
775         /* Divide delivered by the interval to find a (lower bound) bottleneck
776          * bandwidth sample. Delivered is in packets and interval_us in uS and
777          * ratio will be <<1 for most connections. So delivered is first scaled.
778          */
779         bw = (u64)rs->delivered * BW_UNIT;
780         do_div(bw, rs->interval_us);
781
782         /* If this sample is application-limited, it is likely to have a very
783          * low delivered count that represents application behavior rather than
784          * the available network rate. Such a sample could drag down estimated
785          * bw, causing needless slow-down. Thus, to continue to send at the
786          * last measured network rate, we filter out app-limited samples unless
787          * they describe the path bw at least as well as our bw model.
788          *
789          * So the goal during app-limited phase is to proceed with the best
790          * network rate no matter how long. We automatically leave this
791          * phase when app writes faster than the network can deliver :)
792          */
793         if (!rs->is_app_limited || bw >= bbr_max_bw(sk)) {
794                 /* Incorporate new sample into our max bw filter. */
795                 minmax_running_max(&bbr->bw, bbr_bw_rtts, bbr->rtt_cnt, bw);
796         }
797 }
798
799 /* Estimates the windowed max degree of ack aggregation.
800  * This is used to provision extra in-flight data to keep sending during
801  * inter-ACK silences.
802  *
803  * Degree of ack aggregation is estimated as extra data acked beyond expected.
804  *
805  * max_extra_acked = "maximum recent excess data ACKed beyond max_bw * interval"
806  * cwnd += max_extra_acked
807  *
808  * Max extra_acked is clamped by cwnd and bw * bbr_extra_acked_max_us (100 ms).
809  * Max filter is an approximate sliding window of 5-10 (packet timed) round
810  * trips.
811  */
812 static void bbr_update_ack_aggregation(struct sock *sk,
813                                        const struct rate_sample *rs)
814 {
815         u32 epoch_us, expected_acked, extra_acked;
816         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
817         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
818
819         if (!bbr_extra_acked_gain || rs->acked_sacked <= 0 ||
820             rs->delivered < 0 || rs->interval_us <= 0)
821                 return;
822
823         if (bbr->round_start) {
824                 bbr->extra_acked_win_rtts = min(0x1F,
825                                                 bbr->extra_acked_win_rtts + 1);
826                 if (bbr->extra_acked_win_rtts >= bbr_extra_acked_win_rtts) {
827                         bbr->extra_acked_win_rtts = 0;
828                         bbr->extra_acked_win_idx = bbr->extra_acked_win_idx ?
829                                                    0 : 1;
830                         bbr->extra_acked[bbr->extra_acked_win_idx] = 0;
831                 }
832         }
833
834         /* Compute how many packets we expected to be delivered over epoch. */
835         epoch_us = tcp_stamp_us_delta(tp->delivered_mstamp,
836                                       bbr->ack_epoch_mstamp);
837         expected_acked = ((u64)bbr_bw(sk) * epoch_us) / BW_UNIT;
838
839         /* Reset the aggregation epoch if ACK rate is below expected rate or
840          * significantly large no. of ack received since epoch (potentially
841          * quite old epoch).
842          */
843         if (bbr->ack_epoch_acked <= expected_acked ||
844             (bbr->ack_epoch_acked + rs->acked_sacked >=
845              bbr_ack_epoch_acked_reset_thresh)) {
846                 bbr->ack_epoch_acked = 0;
847                 bbr->ack_epoch_mstamp = tp->delivered_mstamp;
848                 expected_acked = 0;
849         }
850
851         /* Compute excess data delivered, beyond what was expected. */
852         bbr->ack_epoch_acked = min_t(u32, 0xFFFFF,
853                                      bbr->ack_epoch_acked + rs->acked_sacked);
854         extra_acked = bbr->ack_epoch_acked - expected_acked;
855         extra_acked = min(extra_acked, tp->snd_cwnd);
856         if (extra_acked > bbr->extra_acked[bbr->extra_acked_win_idx])
857                 bbr->extra_acked[bbr->extra_acked_win_idx] = extra_acked;
858 }
859
860 /* Estimate when the pipe is full, using the change in delivery rate: BBR
861  * estimates that STARTUP filled the pipe if the estimated bw hasn't changed by
862  * at least bbr_full_bw_thresh (25%) after bbr_full_bw_cnt (3) non-app-limited
863  * rounds. Why 3 rounds: 1: rwin autotuning grows the rwin, 2: we fill the
864  * higher rwin, 3: we get higher delivery rate samples. Or transient
865  * cross-traffic or radio noise can go away. CUBIC Hystart shares a similar
866  * design goal, but uses delay and inter-ACK spacing instead of bandwidth.
867  */
868 static void bbr_check_full_bw_reached(struct sock *sk,
869                                       const struct rate_sample *rs)
870 {
871         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
872         u32 bw_thresh;
873
874         if (bbr_full_bw_reached(sk) || !bbr->round_start || rs->is_app_limited)
875                 return;
876
877         bw_thresh = (u64)bbr->full_bw * bbr_full_bw_thresh >> BBR_SCALE;
878         if (bbr_max_bw(sk) >= bw_thresh) {
879                 bbr->full_bw = bbr_max_bw(sk);
880                 bbr->full_bw_cnt = 0;
881                 return;
882         }
883         ++bbr->full_bw_cnt;
884         bbr->full_bw_reached = bbr->full_bw_cnt >= bbr_full_bw_cnt;
885 }
886
887 /* If pipe is probably full, drain the queue and then enter steady-state. */
888 static void bbr_check_drain(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
889 {
890         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
891
892         if (bbr->mode == BBR_STARTUP && bbr_full_bw_reached(sk)) {
893                 bbr->mode = BBR_DRAIN;  /* drain queue we created */
894                 tcp_sk(sk)->snd_ssthresh =
895                                 bbr_inflight(sk, bbr_max_bw(sk), BBR_UNIT);
896         }       /* fall through to check if in-flight is already small: */
897         if (bbr->mode == BBR_DRAIN &&
898             bbr_packets_in_net_at_edt(sk, tcp_packets_in_flight(tcp_sk(sk))) <=
899             bbr_inflight(sk, bbr_max_bw(sk), BBR_UNIT))
900                 bbr_reset_probe_bw_mode(sk);  /* we estimate queue is drained */
901 }
902
903 static void bbr_check_probe_rtt_done(struct sock *sk)
904 {
905         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
906         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
907
908         if (!(bbr->probe_rtt_done_stamp &&
909               after(tcp_jiffies32, bbr->probe_rtt_done_stamp)))
910                 return;
911
912         bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;  /* wait a while until PROBE_RTT */
913         tp->snd_cwnd = max(tp->snd_cwnd, bbr->prior_cwnd);
914         bbr_reset_mode(sk);
915 }
916
917 /* The goal of PROBE_RTT mode is to have BBR flows cooperatively and
918  * periodically drain the bottleneck queue, to converge to measure the true
919  * min_rtt (unloaded propagation delay). This allows the flows to keep queues
920  * small (reducing queuing delay and packet loss) and achieve fairness among
921  * BBR flows.
922  *
923  * The min_rtt filter window is 10 seconds. When the min_rtt estimate expires,
924  * we enter PROBE_RTT mode and cap the cwnd at bbr_cwnd_min_target=4 packets.
925  * After at least bbr_probe_rtt_mode_ms=200ms and at least one packet-timed
926  * round trip elapsed with that flight size <= 4, we leave PROBE_RTT mode and
927  * re-enter the previous mode. BBR uses 200ms to approximately bound the
928  * performance penalty of PROBE_RTT's cwnd capping to roughly 2% (200ms/10s).
929  *
930  * Note that flows need only pay 2% if they are busy sending over the last 10
931  * seconds. Interactive applications (e.g., Web, RPCs, video chunks) often have
932  * natural silences or low-rate periods within 10 seconds where the rate is low
933  * enough for long enough to drain its queue in the bottleneck. We pick up
934  * these min RTT measurements opportunistically with our min_rtt filter. :-)
935  */
936 static void bbr_update_min_rtt(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
937 {
938         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
939         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
940         bool filter_expired;
941
942         /* Track min RTT seen in the min_rtt_win_sec filter window: */
943         filter_expired = after(tcp_jiffies32,
944                                bbr->min_rtt_stamp + bbr_min_rtt_win_sec * HZ);
945         if (rs->rtt_us >= 0 &&
946             (rs->rtt_us <= bbr->min_rtt_us ||
947              (filter_expired && !rs->is_ack_delayed))) {
948                 bbr->min_rtt_us = rs->rtt_us;
949                 bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;
950         }
951
952         if (bbr_probe_rtt_mode_ms > 0 && filter_expired &&
953             !bbr->idle_restart && bbr->mode != BBR_PROBE_RTT) {
954                 bbr->mode = BBR_PROBE_RTT;  /* dip, drain queue */
955                 bbr_save_cwnd(sk);  /* note cwnd so we can restore it */
956                 bbr->probe_rtt_done_stamp = 0;
957         }
958
959         if (bbr->mode == BBR_PROBE_RTT) {
960                 /* Ignore low rate samples during this mode. */
961                 tp->app_limited =
962                         (tp->delivered + tcp_packets_in_flight(tp)) ? : 1;
963                 /* Maintain min packets in flight for max(200 ms, 1 round). */
964                 if (!bbr->probe_rtt_done_stamp &&
965                     tcp_packets_in_flight(tp) <= bbr_cwnd_min_target) {
966                         bbr->probe_rtt_done_stamp = tcp_jiffies32 +
967                                 msecs_to_jiffies(bbr_probe_rtt_mode_ms);
968                         bbr->probe_rtt_round_done = 0;
969                         bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;
970                 } else if (bbr->probe_rtt_done_stamp) {
971                         if (bbr->round_start)
972                                 bbr->probe_rtt_round_done = 1;
973                         if (bbr->probe_rtt_round_done)
974                                 bbr_check_probe_rtt_done(sk);
975                 }
976         }
977         /* Restart after idle ends only once we process a new S/ACK for data */
978         if (rs->delivered > 0)
979                 bbr->idle_restart = 0;
980 }
981
982 static void bbr_update_gains(struct sock *sk)
983 {
984         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
985
986         switch (bbr->mode) {
987         case BBR_STARTUP:
988                 bbr->pacing_gain = bbr_high_gain;
989                 bbr->cwnd_gain   = bbr_high_gain;
990                 break;
991         case BBR_DRAIN:
992                 bbr->pacing_gain = bbr_drain_gain;      /* slow, to drain */
993                 bbr->cwnd_gain   = bbr_high_gain;       /* keep cwnd */
994                 break;
995         case BBR_PROBE_BW:
996                 bbr->pacing_gain = (bbr->lt_use_bw ?
997                                     BBR_UNIT :
998                                     bbr_pacing_gain[bbr->cycle_idx]);
999                 bbr->cwnd_gain   = bbr_cwnd_gain;
1000                 break;
1001         case BBR_PROBE_RTT:
1002                 bbr->pacing_gain = BBR_UNIT;
1003                 bbr->cwnd_gain   = BBR_UNIT;
1004                 break;
1005         default:
1006                 WARN_ONCE(1, "BBR bad mode: %u\n", bbr->mode);
1007                 break;
1008         }
1009 }
1010
1011 static void bbr_update_model(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
1012 {
1013         bbr_update_bw(sk, rs);
1014         bbr_update_ack_aggregation(sk, rs);
1015         bbr_update_cycle_phase(sk, rs);
1016         bbr_check_full_bw_reached(sk, rs);
1017         bbr_check_drain(sk, rs);
1018         bbr_update_min_rtt(sk, rs);
1019         bbr_update_gains(sk);
1020 }
1021
1022 static void bbr_main(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
1023 {
1024         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1025         u32 bw;
1026
1027         bbr_update_model(sk, rs);
1028
1029         bw = bbr_bw(sk);
1030         bbr_set_pacing_rate(sk, bw, bbr->pacing_gain);
1031         bbr_set_cwnd(sk, rs, rs->acked_sacked, bw, bbr->cwnd_gain);
1032 }
1033
1034 static void bbr_init(struct sock *sk)
1035 {
1036         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
1037         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1038
1039         bbr->prior_cwnd = 0;
1040         tp->snd_ssthresh = TCP_INFINITE_SSTHRESH;
1041         bbr->rtt_cnt = 0;
1042         bbr->next_rtt_delivered = 0;
1043         bbr->prev_ca_state = TCP_CA_Open;
1044         bbr->packet_conservation = 0;
1045
1046         bbr->probe_rtt_done_stamp = 0;
1047         bbr->probe_rtt_round_done = 0;
1048         bbr->min_rtt_us = tcp_min_rtt(tp);
1049         bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;
1050
1051         minmax_reset(&bbr->bw, bbr->rtt_cnt, 0);  /* init max bw to 0 */
1052
1053         bbr->has_seen_rtt = 0;
1054         bbr_init_pacing_rate_from_rtt(sk);
1055
1056         bbr->round_start = 0;
1057         bbr->idle_restart = 0;
1058         bbr->full_bw_reached = 0;
1059         bbr->full_bw = 0;
1060         bbr->full_bw_cnt = 0;
1061         bbr->cycle_mstamp = 0;
1062         bbr->cycle_idx = 0;
1063         bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);
1064         bbr_reset_startup_mode(sk);
1065
1066         bbr->ack_epoch_mstamp = tp->tcp_mstamp;
1067         bbr->ack_epoch_acked = 0;
1068         bbr->extra_acked_win_rtts = 0;
1069         bbr->extra_acked_win_idx = 0;
1070         bbr->extra_acked[0] = 0;
1071         bbr->extra_acked[1] = 0;
1072
1073         cmpxchg(&sk->sk_pacing_status, SK_PACING_NONE, SK_PACING_NEEDED);
1074 }
1075
1076 static u32 bbr_sndbuf_expand(struct sock *sk)
1077 {
1078         /* Provision 3 * cwnd since BBR may slow-start even during recovery. */
1079         return 3;
1080 }
1081
1082 /* In theory BBR does not need to undo the cwnd since it does not
1083  * always reduce cwnd on losses (see bbr_main()). Keep it for now.
1084  */
1085 static u32 bbr_undo_cwnd(struct sock *sk)
1086 {
1087         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1088
1089         bbr->full_bw = 0;   /* spurious slow-down; reset full pipe detection */
1090         bbr->full_bw_cnt = 0;
1091         bbr_reset_lt_bw_sampling(sk);
1092         return tcp_sk(sk)->snd_cwnd;
1093 }
1094
1095 /* Entering loss recovery, so save cwnd for when we exit or undo recovery. */
1096 static u32 bbr_ssthresh(struct sock *sk)
1097 {
1098         bbr_save_cwnd(sk);
1099         return tcp_sk(sk)->snd_ssthresh;
1100 }
1101
1102 static size_t bbr_get_info(struct sock *sk, u32 ext, int *attr,
1103                            union tcp_cc_info *info)
1104 {
1105         if (ext & (1 << (INET_DIAG_BBRINFO - 1)) ||
1106             ext & (1 << (INET_DIAG_VEGASINFO - 1))) {
1107                 struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
1108                 struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1109                 u64 bw = bbr_bw(sk);
1110
1111                 bw = bw * tp->mss_cache * USEC_PER_SEC >> BW_SCALE;
1112                 memset(&info->bbr, 0, sizeof(info->bbr));
1113                 info->bbr.bbr_bw_lo             = (u32)bw;
1114                 info->bbr.bbr_bw_hi             = (u32)(bw >> 32);
1115                 info->bbr.bbr_min_rtt           = bbr->min_rtt_us;
1116                 info->bbr.bbr_pacing_gain       = bbr->pacing_gain;
1117                 info->bbr.bbr_cwnd_gain         = bbr->cwnd_gain;
1118                 *attr = INET_DIAG_BBRINFO;
1119                 return sizeof(info->bbr);
1120         }
1121         return 0;
1122 }
1123
1124 static void bbr_set_state(struct sock *sk, u8 new_state)
1125 {
1126         struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
1127
1128         if (new_state == TCP_CA_Loss) {
1129                 struct rate_sample rs = { .losses = 1 };
1130
1131                 bbr->prev_ca_state = TCP_CA_Loss;
1132                 bbr->full_bw = 0;
1133                 bbr->round_start = 1;   /* treat RTO like end of a round */
1134                 bbr_lt_bw_sampling(sk, &rs);
1135         }
1136 }
1137
1138 static struct tcp_congestion_ops tcp_bbr_cong_ops __read_mostly = {
1139         .flags          = TCP_CONG_NON_RESTRICTED,
1140         .name           = "bbr",
1141         .owner          = THIS_MODULE,
1142         .init           = bbr_init,
1143         .cong_control   = bbr_main,
1144         .sndbuf_expand  = bbr_sndbuf_expand,
1145         .undo_cwnd      = bbr_undo_cwnd,
1146         .cwnd_event     = bbr_cwnd_event,
1147         .ssthresh       = bbr_ssthresh,
1148         .min_tso_segs   = bbr_min_tso_segs,
1149         .get_info       = bbr_get_info,
1150         .set_state      = bbr_set_state,
1151 };
1152
1153 static int __init bbr_register(void)
1154 {
1155         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct bbr) > ICSK_CA_PRIV_SIZE);
1156         return tcp_register_congestion_control(&tcp_bbr_cong_ops);
1157 }
1158
1159 static void __exit bbr_unregister(void)
1160 {
1161         tcp_unregister_congestion_control(&tcp_bbr_cong_ops);
1162 }
1163
1164 module_init(bbr_register);
1165 module_exit(bbr_unregister);
1166
1167 MODULE_AUTHOR("Van Jacobson <vanj@google.com>");
1168 MODULE_AUTHOR("Neal Cardwell <ncardwell@google.com>");
1169 MODULE_AUTHOR("Yuchung Cheng <ycheng@google.com>");
1170 MODULE_AUTHOR("Soheil Hassas Yeganeh <soheil@google.com>");
1171 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
1172 MODULE_DESCRIPTION("TCP BBR (Bottleneck Bandwidth and RTT)");