net/ipv4/tcp_cong.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Pluggable TCP congestion control support and newReno
   4  * congestion control.
   5  * Based on ideas from I/O scheduler support and Web100.
   6  *
   7  * Copyright (C) 2005 Stephen Hemminger <shemminger@osdl.org>
   8  */
   9
  10 #define pr_fmt(fmt) "TCP: " fmt
  11
  12 #include <linux/module.h>
  13 #include <linux/mm.h>
  14 #include <linux/types.h>
  15 #include <linux/list.h>
  16 #include <linux/gfp.h>
  17 #include <linux/jhash.h>
  18 #include <net/tcp.h>
  19
  20 static DEFINE_SPINLOCK(tcp_cong_list_lock);
  21 static LIST_HEAD(tcp_cong_list);
  22
  23 /* Simple linear search, don't expect many entries! */
  24 struct tcp_congestion_ops *tcp_ca_find(const char *name)
  25 {
  26         struct tcp_congestion_ops *e;
  27
  28         list_for_each_entry_rcu(e, &tcp_cong_list, list) {
  29                 if (strcmp(e->name, name) == 0)
  30                         return e;
  31         }
  32
  33         return NULL;
  34 }
  35
  36 /* Must be called with rcu lock held */
  37 static struct tcp_congestion_ops *tcp_ca_find_autoload(struct net *net,
  38                                                        const char *name)
  39 {
  40         struct tcp_congestion_ops *ca = tcp_ca_find(name);
  41
  42 #ifdef CONFIG_MODULES
  43         if (!ca && capable(CAP_NET_ADMIN)) {
  44                 rcu_read_unlock();
  45                 request_module("tcp_%s", name);
  46                 rcu_read_lock();
  47                 ca = tcp_ca_find(name);
  48         }
  49 #endif
  50         return ca;
  51 }
  52
  53 /* Simple linear search, not much in here. */
  54 struct tcp_congestion_ops *tcp_ca_find_key(u32 key)
  55 {
  56         struct tcp_congestion_ops *e;
  57
  58         list_for_each_entry_rcu(e, &tcp_cong_list, list) {
  59                 if (e->key == key)
  60                         return e;
  61         }
  62
  63         return NULL;
  64 }
  65
  66 /*
  67  * Attach new congestion control algorithm to the list
  68  * of available options.
  69  */
  70 int tcp_register_congestion_control(struct tcp_congestion_ops *ca)
  71 {
  72         int ret = 0;
  73
  74         /* all algorithms must implement these */
  75         if (!ca->ssthresh || !ca->undo_cwnd ||
  76             !(ca->cong_avoid || ca->cong_control)) {
  77                 pr_err("%s does not implement required ops\n", ca->name);
  78                 return -EINVAL;
  79         }
  80
  81         ca->key = jhash(ca->name, sizeof(ca->name), strlen(ca->name));
  82
  83         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
  84         if (ca->key == TCP_CA_UNSPEC || tcp_ca_find_key(ca->key)) {
  85                 pr_notice("%s already registered or non-unique key\n",
  86                           ca->name);
  87                 ret = -EEXIST;
  88         } else {
  89                 list_add_tail_rcu(&ca->list, &tcp_cong_list);
  90                 pr_debug("%s registered\n", ca->name);
  91         }
  92         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
  93
  94         return ret;
  95 }
  96 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_register_congestion_control);
  97
  98 /*
  99  * Remove congestion control algorithm, called from
 100  * the module's remove function.  Module ref counts are used
 101  * to ensure that this can't be done till all sockets using
 102  * that method are closed.
 103  */
 104 void tcp_unregister_congestion_control(struct tcp_congestion_ops *ca)
 105 {
 106         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
 107         list_del_rcu(&ca->list);
 108         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
 109
 110         /* Wait for outstanding readers to complete before the
 111          * module gets removed entirely.
 112          *
 113          * A try_module_get() should fail by now as our module is
 114          * in "going" state since no refs are held anymore and
 115          * module_exit() handler being called.
 116          */
 117         synchronize_rcu();
 118 }
 119 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_unregister_congestion_control);
 120
 121 u32 tcp_ca_get_key_by_name(struct net *net, const char *name, bool *ecn_ca)
 122 {
 123         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 124         u32 key = TCP_CA_UNSPEC;
 125
 126         might_sleep();
 127
 128         rcu_read_lock();
 129         ca = tcp_ca_find_autoload(net, name);
 130         if (ca) {
 131                 key = ca->key;
 132                 *ecn_ca = ca->flags & TCP_CONG_NEEDS_ECN;
 133         }
 134         rcu_read_unlock();
 135
 136         return key;
 137 }
 138 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_ca_get_key_by_name);
 139
 140 char *tcp_ca_get_name_by_key(u32 key, char *buffer)
 141 {
 142         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 143         char *ret = NULL;
 144
 145         rcu_read_lock();
 146         ca = tcp_ca_find_key(key);
 147         if (ca)
 148                 ret = strncpy(buffer, ca->name,
 149                               TCP_CA_NAME_MAX);
 150         rcu_read_unlock();
 151
 152         return ret;
 153 }
 154 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_ca_get_name_by_key);
 155
 156 /* Assign choice of congestion control. */
 157 void tcp_assign_congestion_control(struct sock *sk)
 158 {
 159         struct net *net = sock_net(sk);
 160         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 161         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 162
 163         rcu_read_lock();
 164         ca = rcu_dereference(net->ipv4.tcp_congestion_control);
 165         if (unlikely(!bpf_try_module_get(ca, ca->owner)))
 166                 ca = &tcp_reno;
 167         icsk->icsk_ca_ops = ca;
 168         rcu_read_unlock();
 169
 170         memset(icsk->icsk_ca_priv, 0, sizeof(icsk->icsk_ca_priv));
 171         if (ca->flags & TCP_CONG_NEEDS_ECN)
 172                 INET_ECN_xmit(sk);
 173         else
 174                 INET_ECN_dontxmit(sk);
 175 }
 176
 177 void tcp_init_congestion_control(struct sock *sk)
 178 {
 179         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 180
 181         tcp_sk(sk)->prior_ssthresh = 0;
 182         if (icsk->icsk_ca_ops->init)
 183                 icsk->icsk_ca_ops->init(sk);
 184         if (tcp_ca_needs_ecn(sk))
 185                 INET_ECN_xmit(sk);
 186         else
 187                 INET_ECN_dontxmit(sk);
 188         icsk->icsk_ca_initialized = 1;
 189 }
 190
 191 static void tcp_reinit_congestion_control(struct sock *sk,
 192                                           const struct tcp_congestion_ops *ca)
 193 {
 194         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 195
 196         tcp_cleanup_congestion_control(sk);
 197         icsk->icsk_ca_ops = ca;
 198         icsk->icsk_ca_setsockopt = 1;
 199         memset(icsk->icsk_ca_priv, 0, sizeof(icsk->icsk_ca_priv));
 200
 201         if (ca->flags & TCP_CONG_NEEDS_ECN)
 202                 INET_ECN_xmit(sk);
 203         else
 204                 INET_ECN_dontxmit(sk);
 205
 206         if (!((1 << sk->sk_state) & (TCPF_CLOSE | TCPF_LISTEN)))
 207                 tcp_init_congestion_control(sk);
 208 }
 209
 210 /* Manage refcounts on socket close. */
 211 void tcp_cleanup_congestion_control(struct sock *sk)
 212 {
 213         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 214
 215         if (icsk->icsk_ca_ops->release)
 216                 icsk->icsk_ca_ops->release(sk);
 217         bpf_module_put(icsk->icsk_ca_ops, icsk->icsk_ca_ops->owner);
 218 }
 219
 220 /* Used by sysctl to change default congestion control */
 221 int tcp_set_default_congestion_control(struct net *net, const char *name)
 222 {
 223         struct tcp_congestion_ops *ca;
 224         const struct tcp_congestion_ops *prev;
 225         int ret;
 226
 227         rcu_read_lock();
 228         ca = tcp_ca_find_autoload(net, name);
 229         if (!ca) {
 230                 ret = -ENOENT;
 231         } else if (!bpf_try_module_get(ca, ca->owner)) {
 232                 ret = -EBUSY;
 233         } else if (!net_eq(net, &init_net) &&
 234                         !(ca->flags & TCP_CONG_NON_RESTRICTED)) {
 235                 /* Only init netns can set default to a restricted algorithm */
 236                 ret = -EPERM;
 237         } else {
 238                 prev = xchg(&net->ipv4.tcp_congestion_control, ca);
 239                 if (prev)
 240                         bpf_module_put(prev, prev->owner);
 241
 242                 ca->flags |= TCP_CONG_NON_RESTRICTED;
 243                 ret = 0;
 244         }
 245         rcu_read_unlock();
 246
 247         return ret;
 248 }
 249
 250 /* Set default value from kernel configuration at bootup */
 251 static int __init tcp_congestion_default(void)
 252 {
 253         return tcp_set_default_congestion_control(&init_net,
 254                                                   CONFIG_DEFAULT_TCP_CONG);
 255 }
 256 late_initcall(tcp_congestion_default);
 257
 258 /* Build string with list of available congestion control values */
 259 void tcp_get_available_congestion_control(char *buf, size_t maxlen)
 260 {
 261         struct tcp_congestion_ops *ca;
 262         size_t offs = 0;
 263
 264         rcu_read_lock();
 265         list_for_each_entry_rcu(ca, &tcp_cong_list, list) {
 266                 offs += snprintf(buf + offs, maxlen - offs,
 267                                  "%s%s",
 268                                  offs == 0 ? "" : " ", ca->name);
 269
 270                 if (WARN_ON_ONCE(offs >= maxlen))
 271                         break;
 272         }
 273         rcu_read_unlock();
 274 }
 275
 276 /* Get current default congestion control */
 277 void tcp_get_default_congestion_control(struct net *net, char *name)
 278 {
 279         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 280
 281         rcu_read_lock();
 282         ca = rcu_dereference(net->ipv4.tcp_congestion_control);
 283         strncpy(name, ca->name, TCP_CA_NAME_MAX);
 284         rcu_read_unlock();
 285 }
 286
 287 /* Built list of non-restricted congestion control values */
 288 void tcp_get_allowed_congestion_control(char *buf, size_t maxlen)
 289 {
 290         struct tcp_congestion_ops *ca;
 291         size_t offs = 0;
 292
 293         *buf = '\0';
 294         rcu_read_lock();
 295         list_for_each_entry_rcu(ca, &tcp_cong_list, list) {
 296                 if (!(ca->flags & TCP_CONG_NON_RESTRICTED))
 297                         continue;
 298                 offs += snprintf(buf + offs, maxlen - offs,
 299                                  "%s%s",
 300                                  offs == 0 ? "" : " ", ca->name);
 301
 302                 if (WARN_ON_ONCE(offs >= maxlen))
 303                         break;
 304         }
 305         rcu_read_unlock();
 306 }
 307
 308 /* Change list of non-restricted congestion control */
 309 int tcp_set_allowed_congestion_control(char *val)
 310 {
 311         struct tcp_congestion_ops *ca;
 312         char *saved_clone, *clone, *name;
 313         int ret = 0;
 314
 315         saved_clone = clone = kstrdup(val, GFP_USER);
 316         if (!clone)
 317                 return -ENOMEM;
 318
 319         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
 320         /* pass 1 check for bad entries */
 321         while ((name = strsep(&clone, " ")) && *name) {
 322                 ca = tcp_ca_find(name);
 323                 if (!ca) {
 324                         ret = -ENOENT;
 325                         goto out;
 326                 }
 327         }
 328
 329         /* pass 2 clear old values */
 330         list_for_each_entry_rcu(ca, &tcp_cong_list, list)
 331                 ca->flags &= ~TCP_CONG_NON_RESTRICTED;
 332
 333         /* pass 3 mark as allowed */
 334         while ((name = strsep(&val, " ")) && *name) {
 335                 ca = tcp_ca_find(name);
 336                 WARN_ON(!ca);
 337                 if (ca)
 338                         ca->flags |= TCP_CONG_NON_RESTRICTED;
 339         }
 340 out:
 341         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
 342         kfree(saved_clone);
 343
 344         return ret;
 345 }
 346
 347 /* Change congestion control for socket. If load is false, then it is the
 348  * responsibility of the caller to call tcp_init_congestion_control or
 349  * tcp_reinit_congestion_control (if the current congestion control was
 350  * already initialized.
 351  */
 352 int tcp_set_congestion_control(struct sock *sk, const char *name, bool load,
 353                                bool cap_net_admin)
 354 {
 355         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 356         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 357         int err = 0;
 358
 359         if (icsk->icsk_ca_dst_locked)
 360                 return -EPERM;
 361
 362         rcu_read_lock();
 363         if (!load)
 364                 ca = tcp_ca_find(name);
 365         else
 366                 ca = tcp_ca_find_autoload(sock_net(sk), name);
 367
 368         /* No change asking for existing value */
 369         if (ca == icsk->icsk_ca_ops) {
 370                 icsk->icsk_ca_setsockopt = 1;
 371                 goto out;
 372         }
 373
 374         if (!ca)
 375                 err = -ENOENT;
 376         else if (!((ca->flags & TCP_CONG_NON_RESTRICTED) || cap_net_admin))
 377                 err = -EPERM;
 378         else if (!bpf_try_module_get(ca, ca->owner))
 379                 err = -EBUSY;
 380         else
 381                 tcp_reinit_congestion_control(sk, ca);
 382  out:
 383         rcu_read_unlock();
 384         return err;
 385 }
 386
 387 /* Slow start is used when congestion window is no greater than the slow start
 388  * threshold. We base on RFC2581 and also handle stretch ACKs properly.
 389  * We do not implement RFC3465 Appropriate Byte Counting (ABC) per se but
 390  * something better;) a packet is only considered (s)acked in its entirety to
 391  * defend the ACK attacks described in the RFC. Slow start processes a stretch
 392  * ACK of degree N as if N acks of degree 1 are received back to back except
 393  * ABC caps N to 2. Slow start exits when cwnd grows over ssthresh and
 394  * returns the leftover acks to adjust cwnd in congestion avoidance mode.
 395  */
 396 u32 tcp_slow_start(struct tcp_sock *tp, u32 acked)
 397 {
 398         u32 cwnd = min(tcp_snd_cwnd(tp) + acked, tp->snd_ssthresh);
 399
 400         acked -= cwnd - tcp_snd_cwnd(tp);
 401         tcp_snd_cwnd_set(tp, min(cwnd, tp->snd_cwnd_clamp));
 402
 403         return acked;
 404 }
 405 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_slow_start);
 406
 407 /* In theory this is tp->snd_cwnd += 1 / tp->snd_cwnd (or alternative w),
 408  * for every packet that was ACKed.
 409  */
 410 void tcp_cong_avoid_ai(struct tcp_sock *tp, u32 w, u32 acked)
 411 {
 412         /* If credits accumulated at a higher w, apply them gently now. */
 413         if (tp->snd_cwnd_cnt >= w) {
 414                 tp->snd_cwnd_cnt = 0;
 415                 tcp_snd_cwnd_set(tp, tcp_snd_cwnd(tp) + 1);
 416         }
 417
 418         tp->snd_cwnd_cnt += acked;
 419         if (tp->snd_cwnd_cnt >= w) {
 420                 u32 delta = tp->snd_cwnd_cnt / w;
 421
 422                 tp->snd_cwnd_cnt -= delta * w;
 423                 tcp_snd_cwnd_set(tp, tcp_snd_cwnd(tp) + delta);
 424         }
 425         tcp_snd_cwnd_set(tp, min(tcp_snd_cwnd(tp), tp->snd_cwnd_clamp));
 426 }
 427 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_cong_avoid_ai);
 428
 429 /*
 430  * TCP Reno congestion control
 431  * This is special case used for fallback as well.
 432  */
 433 /* This is Jacobson's slow start and congestion avoidance.
 434  * SIGCOMM '88, p. 328.
 435  */
 436 void tcp_reno_cong_avoid(struct sock *sk, u32 ack, u32 acked)
 437 {
 438         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 439
 440         if (!tcp_is_cwnd_limited(sk))
 441                 return;
 442
 443         /* In "safe" area, increase. */
 444         if (tcp_in_slow_start(tp)) {
 445                 acked = tcp_slow_start(tp, acked);
 446                 if (!acked)
 447                         return;
 448         }
 449         /* In dangerous area, increase slowly. */
 450         tcp_cong_avoid_ai(tp, tcp_snd_cwnd(tp), acked);
 451 }
 452 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_reno_cong_avoid);
 453
 454 /* Slow start threshold is half the congestion window (min 2) */
 455 u32 tcp_reno_ssthresh(struct sock *sk)
 456 {
 457         const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 458
 459         return max(tcp_snd_cwnd(tp) >> 1U, 2U);
 460 }
 461 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_reno_ssthresh);
 462
 463 u32 tcp_reno_undo_cwnd(struct sock *sk)
 464 {
 465         const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 466
 467         return max(tcp_snd_cwnd(tp), tp->prior_cwnd);
 468 }
 469 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_reno_undo_cwnd);
 470
 471 struct tcp_congestion_ops tcp_reno = {
 472         .flags          = TCP_CONG_NON_RESTRICTED,
 473         .name           = "reno",
 474         .owner          = THIS_MODULE,
 475         .ssthresh       = tcp_reno_ssthresh,
 476         .cong_avoid     = tcp_reno_cong_avoid,
 477         .undo_cwnd      = tcp_reno_undo_cwnd,
 478 };