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 <[email protected]>
   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 #include <trace/events/tcp.h>
  20
  21 static DEFINE_SPINLOCK(tcp_cong_list_lock);
  22 static LIST_HEAD(tcp_cong_list);
  23
  24 /* Simple linear search, don't expect many entries! */
  25 struct tcp_congestion_ops *tcp_ca_find(const char *name)
  26 {
  27         struct tcp_congestion_ops *e;
  28
  29         list_for_each_entry_rcu(e, &tcp_cong_list, list) {
  30                 if (strcmp(e->name, name) == 0)
  31                         return e;
  32         }
  33
  34         return NULL;
  35 }
  36
  37 void tcp_set_ca_state(struct sock *sk, const u8 ca_state)
  38 {
  39         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
  40
  41         trace_tcp_cong_state_set(sk, ca_state);
  42
  43         if (icsk->icsk_ca_ops->set_state)
  44                 icsk->icsk_ca_ops->set_state(sk, ca_state);
  45         icsk->icsk_ca_state = ca_state;
  46 }
  47
  48 /* Must be called with rcu lock held */
  49 static struct tcp_congestion_ops *tcp_ca_find_autoload(struct net *net,
  50                                                        const char *name)
  51 {
  52         struct tcp_congestion_ops *ca = tcp_ca_find(name);
  53
  54 #ifdef CONFIG_MODULES
  55         if (!ca && capable(CAP_NET_ADMIN)) {
  56                 rcu_read_unlock();
  57                 request_module("tcp_%s", name);
  58                 rcu_read_lock();
  59                 ca = tcp_ca_find(name);
  60         }
  61 #endif
  62         return ca;
  63 }
  64
  65 /* Simple linear search, not much in here. */
  66 struct tcp_congestion_ops *tcp_ca_find_key(u32 key)
  67 {
  68         struct tcp_congestion_ops *e;
  69
  70         list_for_each_entry_rcu(e, &tcp_cong_list, list) {
  71                 if (e->key == key)
  72                         return e;
  73         }
  74
  75         return NULL;
  76 }
  77
  78 int tcp_validate_congestion_control(struct tcp_congestion_ops *ca)
  79 {
  80         /* all algorithms must implement these */
  81         if (!ca->ssthresh || !ca->undo_cwnd ||
  82             !(ca->cong_avoid || ca->cong_control)) {
  83                 pr_err("%s does not implement required ops\n", ca->name);
  84                 return -EINVAL;
  85         }
  86
  87         return 0;
  88 }
  89
  90 /* Attach new congestion control algorithm to the list
  91  * of available options.
  92  */
  93 int tcp_register_congestion_control(struct tcp_congestion_ops *ca)
  94 {
  95         int ret;
  96
  97         ret = tcp_validate_congestion_control(ca);
  98         if (ret)
  99                 return ret;
 100
 101         ca->key = jhash(ca->name, sizeof(ca->name), strlen(ca->name));
 102
 103         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
 104         if (ca->key == TCP_CA_UNSPEC || tcp_ca_find_key(ca->key)) {
 105                 pr_notice("%s already registered or non-unique key\n",
 106                           ca->name);
 107                 ret = -EEXIST;
 108         } else {
 109                 list_add_tail_rcu(&ca->list, &tcp_cong_list);
 110                 pr_debug("%s registered\n", ca->name);
 111         }
 112         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
 113
 114         return ret;
 115 }
 116 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_register_congestion_control);
 117
 118 /*
 119  * Remove congestion control algorithm, called from
 120  * the module's remove function.  Module ref counts are used
 121  * to ensure that this can't be done till all sockets using
 122  * that method are closed.
 123  */
 124 void tcp_unregister_congestion_control(struct tcp_congestion_ops *ca)
 125 {
 126         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
 127         list_del_rcu(&ca->list);
 128         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
 129
 130         /* Wait for outstanding readers to complete before the
 131          * module gets removed entirely.
 132          *
 133          * A try_module_get() should fail by now as our module is
 134          * in "going" state since no refs are held anymore and
 135          * module_exit() handler being called.
 136          */
 137         synchronize_rcu();
 138 }
 139 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_unregister_congestion_control);
 140
 141 /* Replace a registered old ca with a new one.
 142  *
 143  * The new ca must have the same name as the old one, that has been
 144  * registered.
 145  */
 146 int tcp_update_congestion_control(struct tcp_congestion_ops *ca, struct tcp_congestion_ops *old_ca)
 147 {
 148         struct tcp_congestion_ops *existing;
 149         int ret = 0;
 150
 151         ca->key = jhash(ca->name, sizeof(ca->name), strlen(ca->name));
 152
 153         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
 154         existing = tcp_ca_find_key(old_ca->key);
 155         if (ca->key == TCP_CA_UNSPEC || !existing || strcmp(existing->name, ca->name)) {
 156                 pr_notice("%s not registered or non-unique key\n",
 157                           ca->name);
 158                 ret = -EINVAL;
 159         } else if (existing != old_ca) {
 160                 pr_notice("invalid old congestion control algorithm to replace\n");
 161                 ret = -EINVAL;
 162         } else {
 163                 /* Add the new one before removing the old one to keep
 164                  * one implementation available all the time.
 165                  */
 166                 list_add_tail_rcu(&ca->list, &tcp_cong_list);
 167                 list_del_rcu(&existing->list);
 168                 pr_debug("%s updated\n", ca->name);
 169         }
 170         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
 171
 172         /* Wait for outstanding readers to complete before the
 173          * module or struct_ops gets removed entirely.
 174          */
 175         if (!ret)
 176                 synchronize_rcu();
 177
 178         return ret;
 179 }
 180
 181 u32 tcp_ca_get_key_by_name(struct net *net, const char *name, bool *ecn_ca)
 182 {
 183         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 184         u32 key = TCP_CA_UNSPEC;
 185
 186         might_sleep();
 187
 188         rcu_read_lock();
 189         ca = tcp_ca_find_autoload(net, name);
 190         if (ca) {
 191                 key = ca->key;
 192                 *ecn_ca = ca->flags & TCP_CONG_NEEDS_ECN;
 193         }
 194         rcu_read_unlock();
 195
 196         return key;
 197 }
 198
 199 char *tcp_ca_get_name_by_key(u32 key, char *buffer)
 200 {
 201         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 202         char *ret = NULL;
 203
 204         rcu_read_lock();
 205         ca = tcp_ca_find_key(key);
 206         if (ca)
 207                 ret = strncpy(buffer, ca->name,
 208                               TCP_CA_NAME_MAX);
 209         rcu_read_unlock();
 210
 211         return ret;
 212 }
 213
 214 /* Assign choice of congestion control. */
 215 void tcp_assign_congestion_control(struct sock *sk)
 216 {
 217         struct net *net = sock_net(sk);
 218         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 219         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 220
 221         rcu_read_lock();
 222         ca = rcu_dereference(net->ipv4.tcp_congestion_control);
 223         if (unlikely(!bpf_try_module_get(ca, ca->owner)))
 224                 ca = &tcp_reno;
 225         icsk->icsk_ca_ops = ca;
 226         rcu_read_unlock();
 227
 228         memset(icsk->icsk_ca_priv, 0, sizeof(icsk->icsk_ca_priv));
 229         if (ca->flags & TCP_CONG_NEEDS_ECN)
 230                 INET_ECN_xmit(sk);
 231         else
 232                 INET_ECN_dontxmit(sk);
 233 }
 234
 235 void tcp_init_congestion_control(struct sock *sk)
 236 {
 237         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 238
 239         tcp_sk(sk)->prior_ssthresh = 0;
 240         if (icsk->icsk_ca_ops->init)
 241                 icsk->icsk_ca_ops->init(sk);
 242         if (tcp_ca_needs_ecn(sk))
 243                 INET_ECN_xmit(sk);
 244         else
 245                 INET_ECN_dontxmit(sk);
 246         icsk->icsk_ca_initialized = 1;
 247 }
 248
 249 static void tcp_reinit_congestion_control(struct sock *sk,
 250                                           const struct tcp_congestion_ops *ca)
 251 {
 252         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 253
 254         tcp_cleanup_congestion_control(sk);
 255         icsk->icsk_ca_ops = ca;
 256         icsk->icsk_ca_setsockopt = 1;
 257         memset(icsk->icsk_ca_priv, 0, sizeof(icsk->icsk_ca_priv));
 258
 259         if (ca->flags & TCP_CONG_NEEDS_ECN)
 260                 INET_ECN_xmit(sk);
 261         else
 262                 INET_ECN_dontxmit(sk);
 263
 264         if (!((1 << sk->sk_state) & (TCPF_CLOSE | TCPF_LISTEN)))
 265                 tcp_init_congestion_control(sk);
 266 }
 267
 268 /* Manage refcounts on socket close. */
 269 void tcp_cleanup_congestion_control(struct sock *sk)
 270 {
 271         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 272
 273         if (icsk->icsk_ca_ops->release)
 274                 icsk->icsk_ca_ops->release(sk);
 275         bpf_module_put(icsk->icsk_ca_ops, icsk->icsk_ca_ops->owner);
 276 }
 277
 278 /* Used by sysctl to change default congestion control */
 279 int tcp_set_default_congestion_control(struct net *net, const char *name)
 280 {
 281         struct tcp_congestion_ops *ca;
 282         const struct tcp_congestion_ops *prev;
 283         int ret;
 284
 285         rcu_read_lock();
 286         ca = tcp_ca_find_autoload(net, name);
 287         if (!ca) {
 288                 ret = -ENOENT;
 289         } else if (!bpf_try_module_get(ca, ca->owner)) {
 290                 ret = -EBUSY;
 291         } else if (!net_eq(net, &init_net) &&
 292                         !(ca->flags & TCP_CONG_NON_RESTRICTED)) {
 293                 /* Only init netns can set default to a restricted algorithm */
 294                 ret = -EPERM;
 295         } else {
 296                 prev = xchg(&net->ipv4.tcp_congestion_control, ca);
 297                 if (prev)
 298                         bpf_module_put(prev, prev->owner);
 299
 300                 ca->flags |= TCP_CONG_NON_RESTRICTED;
 301                 ret = 0;
 302         }
 303         rcu_read_unlock();
 304
 305         return ret;
 306 }
 307
 308 /* Set default value from kernel configuration at bootup */
 309 static int __init tcp_congestion_default(void)
 310 {
 311         return tcp_set_default_congestion_control(&init_net,
 312                                                   CONFIG_DEFAULT_TCP_CONG);
 313 }
 314 late_initcall(tcp_congestion_default);
 315
 316 /* Build string with list of available congestion control values */
 317 void tcp_get_available_congestion_control(char *buf, size_t maxlen)
 318 {
 319         struct tcp_congestion_ops *ca;
 320         size_t offs = 0;
 321
 322         rcu_read_lock();
 323         list_for_each_entry_rcu(ca, &tcp_cong_list, list) {
 324                 offs += snprintf(buf + offs, maxlen - offs,
 325                                  "%s%s",
 326                                  offs == 0 ? "" : " ", ca->name);
 327
 328                 if (WARN_ON_ONCE(offs >= maxlen))
 329                         break;
 330         }
 331         rcu_read_unlock();
 332 }
 333
 334 /* Get current default congestion control */
 335 void tcp_get_default_congestion_control(struct net *net, char *name)
 336 {
 337         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 338
 339         rcu_read_lock();
 340         ca = rcu_dereference(net->ipv4.tcp_congestion_control);
 341         strncpy(name, ca->name, TCP_CA_NAME_MAX);
 342         rcu_read_unlock();
 343 }
 344
 345 /* Built list of non-restricted congestion control values */
 346 void tcp_get_allowed_congestion_control(char *buf, size_t maxlen)
 347 {
 348         struct tcp_congestion_ops *ca;
 349         size_t offs = 0;
 350
 351         *buf = '\0';
 352         rcu_read_lock();
 353         list_for_each_entry_rcu(ca, &tcp_cong_list, list) {
 354                 if (!(ca->flags & TCP_CONG_NON_RESTRICTED))
 355                         continue;
 356                 offs += snprintf(buf + offs, maxlen - offs,
 357                                  "%s%s",
 358                                  offs == 0 ? "" : " ", ca->name);
 359
 360                 if (WARN_ON_ONCE(offs >= maxlen))
 361                         break;
 362         }
 363         rcu_read_unlock();
 364 }
 365
 366 /* Change list of non-restricted congestion control */
 367 int tcp_set_allowed_congestion_control(char *val)
 368 {
 369         struct tcp_congestion_ops *ca;
 370         char *saved_clone, *clone, *name;
 371         int ret = 0;
 372
 373         saved_clone = clone = kstrdup(val, GFP_USER);
 374         if (!clone)
 375                 return -ENOMEM;
 376
 377         spin_lock(&tcp_cong_list_lock);
 378         /* pass 1 check for bad entries */
 379         while ((name = strsep(&clone, " ")) && *name) {
 380                 ca = tcp_ca_find(name);
 381                 if (!ca) {
 382                         ret = -ENOENT;
 383                         goto out;
 384                 }
 385         }
 386
 387         /* pass 2 clear old values */
 388         list_for_each_entry_rcu(ca, &tcp_cong_list, list)
 389                 ca->flags &= ~TCP_CONG_NON_RESTRICTED;
 390
 391         /* pass 3 mark as allowed */
 392         while ((name = strsep(&val, " ")) && *name) {
 393                 ca = tcp_ca_find(name);
 394                 WARN_ON(!ca);
 395                 if (ca)
 396                         ca->flags |= TCP_CONG_NON_RESTRICTED;
 397         }
 398 out:
 399         spin_unlock(&tcp_cong_list_lock);
 400         kfree(saved_clone);
 401
 402         return ret;
 403 }
 404
 405 /* Change congestion control for socket. If load is false, then it is the
 406  * responsibility of the caller to call tcp_init_congestion_control or
 407  * tcp_reinit_congestion_control (if the current congestion control was
 408  * already initialized.
 409  */
 410 int tcp_set_congestion_control(struct sock *sk, const char *name, bool load,
 411                                bool cap_net_admin)
 412 {
 413         struct inet_connection_sock *icsk = inet_csk(sk);
 414         const struct tcp_congestion_ops *ca;
 415         int err = 0;
 416
 417         if (icsk->icsk_ca_dst_locked)
 418                 return -EPERM;
 419
 420         rcu_read_lock();
 421         if (!load)
 422                 ca = tcp_ca_find(name);
 423         else
 424                 ca = tcp_ca_find_autoload(sock_net(sk), name);
 425
 426         /* No change asking for existing value */
 427         if (ca == icsk->icsk_ca_ops) {
 428                 icsk->icsk_ca_setsockopt = 1;
 429                 goto out;
 430         }
 431
 432         if (!ca)
 433                 err = -ENOENT;
 434         else if (!((ca->flags & TCP_CONG_NON_RESTRICTED) || cap_net_admin))
 435                 err = -EPERM;
 436         else if (!bpf_try_module_get(ca, ca->owner))
 437                 err = -EBUSY;
 438         else
 439                 tcp_reinit_congestion_control(sk, ca);
 440  out:
 441         rcu_read_unlock();
 442         return err;
 443 }
 444
 445 /* Slow start is used when congestion window is no greater than the slow start
 446  * threshold. We base on RFC2581 and also handle stretch ACKs properly.
 447  * We do not implement RFC3465 Appropriate Byte Counting (ABC) per se but
 448  * something better;) a packet is only considered (s)acked in its entirety to
 449  * defend the ACK attacks described in the RFC. Slow start processes a stretch
 450  * ACK of degree N as if N acks of degree 1 are received back to back except
 451  * ABC caps N to 2. Slow start exits when cwnd grows over ssthresh and
 452  * returns the leftover acks to adjust cwnd in congestion avoidance mode.
 453  */
 454 __bpf_kfunc u32 tcp_slow_start(struct tcp_sock *tp, u32 acked)
 455 {
 456         u32 cwnd = min(tcp_snd_cwnd(tp) + acked, tp->snd_ssthresh);
 457
 458         acked -= cwnd - tcp_snd_cwnd(tp);
 459         tcp_snd_cwnd_set(tp, min(cwnd, tp->snd_cwnd_clamp));
 460
 461         return acked;
 462 }
 463 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_slow_start);
 464
 465 /* In theory this is tp->snd_cwnd += 1 / tp->snd_cwnd (or alternative w),
 466  * for every packet that was ACKed.
 467  */
 468 __bpf_kfunc void tcp_cong_avoid_ai(struct tcp_sock *tp, u32 w, u32 acked)
 469 {
 470         /* If credits accumulated at a higher w, apply them gently now. */
 471         if (tp->snd_cwnd_cnt >= w) {
 472                 tp->snd_cwnd_cnt = 0;
 473                 tcp_snd_cwnd_set(tp, tcp_snd_cwnd(tp) + 1);
 474         }
 475
 476         tp->snd_cwnd_cnt += acked;
 477         if (tp->snd_cwnd_cnt >= w) {
 478                 u32 delta = tp->snd_cwnd_cnt / w;
 479
 480                 tp->snd_cwnd_cnt -= delta * w;
 481                 tcp_snd_cwnd_set(tp, tcp_snd_cwnd(tp) + delta);
 482         }
 483         tcp_snd_cwnd_set(tp, min(tcp_snd_cwnd(tp), tp->snd_cwnd_clamp));
 484 }
 485 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_cong_avoid_ai);
 486
 487 /*
 488  * TCP Reno congestion control
 489  * This is special case used for fallback as well.
 490  */
 491 /* This is Jacobson's slow start and congestion avoidance.
 492  * SIGCOMM '88, p. 328.
 493  */
 494 __bpf_kfunc void tcp_reno_cong_avoid(struct sock *sk, u32 ack, u32 acked)
 495 {
 496         struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 497
 498         if (!tcp_is_cwnd_limited(sk))
 499                 return;
 500
 501         /* In "safe" area, increase. */
 502         if (tcp_in_slow_start(tp)) {
 503                 acked = tcp_slow_start(tp, acked);
 504                 if (!acked)
 505                         return;
 506         }
 507         /* In dangerous area, increase slowly. */
 508         tcp_cong_avoid_ai(tp, tcp_snd_cwnd(tp), acked);
 509 }
 510 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_reno_cong_avoid);
 511
 512 /* Slow start threshold is half the congestion window (min 2) */
 513 __bpf_kfunc u32 tcp_reno_ssthresh(struct sock *sk)
 514 {
 515         const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 516
 517         return max(tcp_snd_cwnd(tp) >> 1U, 2U);
 518 }
 519 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_reno_ssthresh);
 520
 521 __bpf_kfunc u32 tcp_reno_undo_cwnd(struct sock *sk)
 522 {
 523         const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
 524
 525         return max(tcp_snd_cwnd(tp), tp->prior_cwnd);
 526 }
 527 EXPORT_SYMBOL_GPL(tcp_reno_undo_cwnd);
 528
 529 struct tcp_congestion_ops tcp_reno = {
 530         .flags          = TCP_CONG_NON_RESTRICTED,
 531         .name           = "reno",
 532         .owner          = THIS_MODULE,
 533         .ssthresh       = tcp_reno_ssthresh,
 534         .cong_avoid     = tcp_reno_cong_avoid,
 535         .undo_cwnd      = tcp_reno_undo_cwnd,
 536 };