net/sched/sch_netem.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * net/sched/sch_netem.c        Network emulator
   4  *
   5  *              Many of the algorithms and ideas for this came from
   6  *              NIST Net which is not copyrighted.
   7  *
   8  * Authors:     Stephen Hemminger <shemminger@osdl.org>
   9  *              Catalin(ux aka Dino) BOIE <catab at umbrella dot ro>
  10  */
  11
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/module.h>
  14 #include <linux/slab.h>
  15 #include <linux/types.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/errno.h>
  18 #include <linux/skbuff.h>
  19 #include <linux/vmalloc.h>
  20 #include <linux/rtnetlink.h>
  21 #include <linux/reciprocal_div.h>
  22 #include <linux/rbtree.h>
  23
  24 #include <net/netlink.h>
  25 #include <net/pkt_sched.h>
  26 #include <net/inet_ecn.h>
  27
  28 #define VERSION "1.3"
  29
  30 /*      Network Emulation Queuing algorithm.
  31         ====================================
  32
  33         Sources: [1] Mark Carson, Darrin Santay, "NIST Net - A Linux-based
  34                  Network Emulation Tool
  35                  [2] Luigi Rizzo, DummyNet for FreeBSD
  36
  37          ----------------------------------------------------------------
  38
  39          This started out as a simple way to delay outgoing packets to
  40          test TCP but has grown to include most of the functionality
  41          of a full blown network emulator like NISTnet. It can delay
  42          packets and add random jitter (and correlation). The random
  43          distribution can be loaded from a table as well to provide
  44          normal, Pareto, or experimental curves. Packet loss,
  45          duplication, and reordering can also be emulated.
  46
  47          This qdisc does not do classification that can be handled in
  48          layering other disciplines.  It does not need to do bandwidth
  49          control either since that can be handled by using token
  50          bucket or other rate control.
  51
  52      Correlated Loss Generator models
  53
  54         Added generation of correlated loss according to the
  55         "Gilbert-Elliot" model, a 4-state markov model.
  56
  57         References:
  58         [1] NetemCLG Home http://netgroup.uniroma2.it/NetemCLG
  59         [2] S. Salsano, F. Ludovici, A. Ordine, "Definition of a general
  60         and intuitive loss model for packet networks and its implementation
  61         in the Netem module in the Linux kernel", available in [1]
  62
  63         Authors: Stefano Salsano <stefano.salsano at uniroma2.it
  64                  Fabio Ludovici <fabio.ludovici at yahoo.it>
  65 */
  66
  67 struct disttable {
  68         u32  size;
  69         s16 table[];
  70 };
  71
  72 struct netem_sched_data {
  73         /* internal t(ime)fifo qdisc uses t_root and sch->limit */
  74         struct rb_root t_root;
  75
  76         /* a linear queue; reduces rbtree rebalancing when jitter is low */
  77         struct sk_buff  *t_head;
  78         struct sk_buff  *t_tail;
  79
  80         /* optional qdisc for classful handling (NULL at netem init) */
  81         struct Qdisc    *qdisc;
  82
  83         struct qdisc_watchdog watchdog;
  84
  85         s64 latency;
  86         s64 jitter;
  87
  88         u32 loss;
  89         u32 ecn;
  90         u32 limit;
  91         u32 counter;
  92         u32 gap;
  93         u32 duplicate;
  94         u32 reorder;
  95         u32 corrupt;
  96         u64 rate;
  97         s32 packet_overhead;
  98         u32 cell_size;
  99         struct reciprocal_value cell_size_reciprocal;
 100         s32 cell_overhead;
 101
 102         struct crndstate {
 103                 u32 last;
 104                 u32 rho;
 105         } delay_cor, loss_cor, dup_cor, reorder_cor, corrupt_cor;
 106
 107         struct disttable *delay_dist;
 108
 109         enum  {
 110                 CLG_RANDOM,
 111                 CLG_4_STATES,
 112                 CLG_GILB_ELL,
 113         } loss_model;
 114
 115         enum {
 116                 TX_IN_GAP_PERIOD = 1,
 117                 TX_IN_BURST_PERIOD,
 118                 LOST_IN_GAP_PERIOD,
 119                 LOST_IN_BURST_PERIOD,
 120         } _4_state_model;
 121
 122         enum {
 123                 GOOD_STATE = 1,
 124                 BAD_STATE,
 125         } GE_state_model;
 126
 127         /* Correlated Loss Generation models */
 128         struct clgstate {
 129                 /* state of the Markov chain */
 130                 u8 state;
 131
 132                 /* 4-states and Gilbert-Elliot models */
 133                 u32 a1; /* p13 for 4-states or p for GE */
 134                 u32 a2; /* p31 for 4-states or r for GE */
 135                 u32 a3; /* p32 for 4-states or h for GE */
 136                 u32 a4; /* p14 for 4-states or 1-k for GE */
 137                 u32 a5; /* p23 used only in 4-states */
 138         } clg;
 139
 140         struct tc_netem_slot slot_config;
 141         struct slotstate {
 142                 u64 slot_next;
 143                 s32 packets_left;
 144                 s32 bytes_left;
 145         } slot;
 146
 147         struct disttable *slot_dist;
 148 };
 149
 150 /* Time stamp put into socket buffer control block
 151  * Only valid when skbs are in our internal t(ime)fifo queue.
 152  *
 153  * As skb->rbnode uses same storage than skb->next, skb->prev and skb->tstamp,
 154  * and skb->next & skb->prev are scratch space for a qdisc,
 155  * we save skb->tstamp value in skb->cb[] before destroying it.
 156  */
 157 struct netem_skb_cb {
 158         u64             time_to_send;
 159 };
 160
 161 static inline struct netem_skb_cb *netem_skb_cb(struct sk_buff *skb)
 162 {
 163         /* we assume we can use skb next/prev/tstamp as storage for rb_node */
 164         qdisc_cb_private_validate(skb, sizeof(struct netem_skb_cb));
 165         return (struct netem_skb_cb *)qdisc_skb_cb(skb)->data;
 166 }
 167
 168 /* init_crandom - initialize correlated random number generator
 169  * Use entropy source for initial seed.
 170  */
 171 static void init_crandom(struct crndstate *state, unsigned long rho)
 172 {
 173         state->rho = rho;
 174         state->last = prandom_u32();
 175 }
 176
 177 /* get_crandom - correlated random number generator
 178  * Next number depends on last value.
 179  * rho is scaled to avoid floating point.
 180  */
 181 static u32 get_crandom(struct crndstate *state)
 182 {
 183         u64 value, rho;
 184         unsigned long answer;
 185
 186         if (!state || state->rho == 0)  /* no correlation */
 187                 return prandom_u32();
 188
 189         value = prandom_u32();
 190         rho = (u64)state->rho + 1;
 191         answer = (value * ((1ull<<32) - rho) + state->last * rho) >> 32;
 192         state->last = answer;
 193         return answer;
 194 }
 195
 196 /* loss_4state - 4-state model loss generator
 197  * Generates losses according to the 4-state Markov chain adopted in
 198  * the GI (General and Intuitive) loss model.
 199  */
 200 static bool loss_4state(struct netem_sched_data *q)
 201 {
 202         struct clgstate *clg = &q->clg;
 203         u32 rnd = prandom_u32();
 204
 205         /*
 206          * Makes a comparison between rnd and the transition
 207          * probabilities outgoing from the current state, then decides the
 208          * next state and if the next packet has to be transmitted or lost.
 209          * The four states correspond to:
 210          *   TX_IN_GAP_PERIOD => successfully transmitted packets within a gap period
 211          *   LOST_IN_GAP_PERIOD => isolated losses within a gap period
 212          *   LOST_IN_BURST_PERIOD => lost packets within a burst period
 213          *   TX_IN_BURST_PERIOD => successfully transmitted packets within a burst period
 214          */
 215         switch (clg->state) {
 216         case TX_IN_GAP_PERIOD:
 217                 if (rnd < clg->a4) {
 218                         clg->state = LOST_IN_GAP_PERIOD;
 219                         return true;
 220                 } else if (clg->a4 < rnd && rnd < clg->a1 + clg->a4) {
 221                         clg->state = LOST_IN_BURST_PERIOD;
 222                         return true;
 223                 } else if (clg->a1 + clg->a4 < rnd) {
 224                         clg->state = TX_IN_GAP_PERIOD;
 225                 }
 226
 227                 break;
 228         case TX_IN_BURST_PERIOD:
 229                 if (rnd < clg->a5) {
 230                         clg->state = LOST_IN_BURST_PERIOD;
 231                         return true;
 232                 } else {
 233                         clg->state = TX_IN_BURST_PERIOD;
 234                 }
 235
 236                 break;
 237         case LOST_IN_BURST_PERIOD:
 238                 if (rnd < clg->a3)
 239                         clg->state = TX_IN_BURST_PERIOD;
 240                 else if (clg->a3 < rnd && rnd < clg->a2 + clg->a3) {
 241                         clg->state = TX_IN_GAP_PERIOD;
 242                 } else if (clg->a2 + clg->a3 < rnd) {
 243                         clg->state = LOST_IN_BURST_PERIOD;
 244                         return true;
 245                 }
 246                 break;
 247         case LOST_IN_GAP_PERIOD:
 248                 clg->state = TX_IN_GAP_PERIOD;
 249                 break;
 250         }
 251
 252         return false;
 253 }
 254
 255 /* loss_gilb_ell - Gilbert-Elliot model loss generator
 256  * Generates losses according to the Gilbert-Elliot loss model or
 257  * its special cases  (Gilbert or Simple Gilbert)
 258  *
 259  * Makes a comparison between random number and the transition
 260  * probabilities outgoing from the current state, then decides the
 261  * next state. A second random number is extracted and the comparison
 262  * with the loss probability of the current state decides if the next
 263  * packet will be transmitted or lost.
 264  */
 265 static bool loss_gilb_ell(struct netem_sched_data *q)
 266 {
 267         struct clgstate *clg = &q->clg;
 268
 269         switch (clg->state) {
 270         case GOOD_STATE:
 271                 if (prandom_u32() < clg->a1)
 272                         clg->state = BAD_STATE;
 273                 if (prandom_u32() < clg->a4)
 274                         return true;
 275                 break;
 276         case BAD_STATE:
 277                 if (prandom_u32() < clg->a2)
 278                         clg->state = GOOD_STATE;
 279                 if (prandom_u32() > clg->a3)
 280                         return true;
 281         }
 282
 283         return false;
 284 }
 285
 286 static bool loss_event(struct netem_sched_data *q)
 287 {
 288         switch (q->loss_model) {
 289         case CLG_RANDOM:
 290                 /* Random packet drop 0 => none, ~0 => all */
 291                 return q->loss && q->loss >= get_crandom(&q->loss_cor);
 292
 293         case CLG_4_STATES:
 294                 /* 4state loss model algorithm (used also for GI model)
 295                 * Extracts a value from the markov 4 state loss generator,
 296                 * if it is 1 drops a packet and if needed writes the event in
 297                 * the kernel logs
 298                 */
 299                 return loss_4state(q);
 300
 301         case CLG_GILB_ELL:
 302                 /* Gilbert-Elliot loss model algorithm
 303                 * Extracts a value from the Gilbert-Elliot loss generator,
 304                 * if it is 1 drops a packet and if needed writes the event in
 305                 * the kernel logs
 306                 */
 307                 return loss_gilb_ell(q);
 308         }
 309
 310         return false;   /* not reached */
 311 }
 312
 313
 314 /* tabledist - return a pseudo-randomly distributed value with mean mu and
 315  * std deviation sigma.  Uses table lookup to approximate the desired
 316  * distribution, and a uniformly-distributed pseudo-random source.
 317  */
 318 static s64 tabledist(s64 mu, s32 sigma,
 319                      struct crndstate *state,
 320                      const struct disttable *dist)
 321 {
 322         s64 x;
 323         long t;
 324         u32 rnd;
 325
 326         if (sigma == 0)
 327                 return mu;
 328
 329         rnd = get_crandom(state);
 330
 331         /* default uniform distribution */
 332         if (dist == NULL)
 333                 return ((rnd % (2 * (u32)sigma)) + mu) - sigma;
 334
 335         t = dist->table[rnd % dist->size];
 336         x = (sigma % NETEM_DIST_SCALE) * t;
 337         if (x >= 0)
 338                 x += NETEM_DIST_SCALE/2;
 339         else
 340                 x -= NETEM_DIST_SCALE/2;
 341
 342         return  x / NETEM_DIST_SCALE + (sigma / NETEM_DIST_SCALE) * t + mu;
 343 }
 344
 345 static u64 packet_time_ns(u64 len, const struct netem_sched_data *q)
 346 {
 347         len += q->packet_overhead;
 348
 349         if (q->cell_size) {
 350                 u32 cells = reciprocal_divide(len, q->cell_size_reciprocal);
 351
 352                 if (len > cells * q->cell_size) /* extra cell needed for remainder */
 353                         cells++;
 354                 len = cells * (q->cell_size + q->cell_overhead);
 355         }
 356
 357         return div64_u64(len * NSEC_PER_SEC, q->rate);
 358 }
 359
 360 static void tfifo_reset(struct Qdisc *sch)
 361 {
 362         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 363         struct rb_node *p = rb_first(&q->t_root);
 364
 365         while (p) {
 366                 struct sk_buff *skb = rb_to_skb(p);
 367
 368                 p = rb_next(p);
 369                 rb_erase(&skb->rbnode, &q->t_root);
 370                 rtnl_kfree_skbs(skb, skb);
 371         }
 372
 373         rtnl_kfree_skbs(q->t_head, q->t_tail);
 374         q->t_head = NULL;
 375         q->t_tail = NULL;
 376 }
 377
 378 static void tfifo_enqueue(struct sk_buff *nskb, struct Qdisc *sch)
 379 {
 380         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 381         u64 tnext = netem_skb_cb(nskb)->time_to_send;
 382
 383         if (!q->t_tail || tnext >= netem_skb_cb(q->t_tail)->time_to_send) {
 384                 if (q->t_tail)
 385                         q->t_tail->next = nskb;
 386                 else
 387                         q->t_head = nskb;
 388                 q->t_tail = nskb;
 389         } else {
 390                 struct rb_node **p = &q->t_root.rb_node, *parent = NULL;
 391
 392                 while (*p) {
 393                         struct sk_buff *skb;
 394
 395                         parent = *p;
 396                         skb = rb_to_skb(parent);
 397                         if (tnext >= netem_skb_cb(skb)->time_to_send)
 398                                 p = &parent->rb_right;
 399                         else
 400                                 p = &parent->rb_left;
 401                 }
 402                 rb_link_node(&nskb->rbnode, parent, p);
 403                 rb_insert_color(&nskb->rbnode, &q->t_root);
 404         }
 405         sch->q.qlen++;
 406 }
 407
 408 /* netem can't properly corrupt a megapacket (like we get from GSO), so instead
 409  * when we statistically choose to corrupt one, we instead segment it, returning
 410  * the first packet to be corrupted, and re-enqueue the remaining frames
 411  */
 412 static struct sk_buff *netem_segment(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
 413                                      struct sk_buff **to_free)
 414 {
 415         struct sk_buff *segs;
 416         netdev_features_t features = netif_skb_features(skb);
 417
 418         segs = skb_gso_segment(skb, features & ~NETIF_F_GSO_MASK);
 419
 420         if (IS_ERR_OR_NULL(segs)) {
 421                 qdisc_drop(skb, sch, to_free);
 422                 return NULL;
 423         }
 424         consume_skb(skb);
 425         return segs;
 426 }
 427
 428 /*
 429  * Insert one skb into qdisc.
 430  * Note: parent depends on return value to account for queue length.
 431  *      NET_XMIT_DROP: queue length didn't change.
 432  *      NET_XMIT_SUCCESS: one skb was queued.
 433  */
 434 static int netem_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
 435                          struct sk_buff **to_free)
 436 {
 437         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 438         /* We don't fill cb now as skb_unshare() may invalidate it */
 439         struct netem_skb_cb *cb;
 440         struct sk_buff *skb2;
 441         struct sk_buff *segs = NULL;
 442         unsigned int prev_len = qdisc_pkt_len(skb);
 443         int count = 1;
 444         int rc = NET_XMIT_SUCCESS;
 445         int rc_drop = NET_XMIT_DROP;
 446
 447         /* Do not fool qdisc_drop_all() */
 448         skb->prev = NULL;
 449
 450         /* Random duplication */
 451         if (q->duplicate && q->duplicate >= get_crandom(&q->dup_cor))
 452                 ++count;
 453
 454         /* Drop packet? */
 455         if (loss_event(q)) {
 456                 if (q->ecn && INET_ECN_set_ce(skb))
 457                         qdisc_qstats_drop(sch); /* mark packet */
 458                 else
 459                         --count;
 460         }
 461         if (count == 0) {
 462                 qdisc_qstats_drop(sch);
 463                 __qdisc_drop(skb, to_free);
 464                 return NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
 465         }
 466
 467         /* If a delay is expected, orphan the skb. (orphaning usually takes
 468          * place at TX completion time, so _before_ the link transit delay)
 469          */
 470         if (q->latency || q->jitter || q->rate)
 471                 skb_orphan_partial(skb);
 472
 473         /*
 474          * If we need to duplicate packet, then re-insert at top of the
 475          * qdisc tree, since parent queuer expects that only one
 476          * skb will be queued.
 477          */
 478         if (count > 1 && (skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC)) != NULL) {
 479                 struct Qdisc *rootq = qdisc_root_bh(sch);
 480                 u32 dupsave = q->duplicate; /* prevent duplicating a dup... */
 481
 482                 q->duplicate = 0;
 483                 rootq->enqueue(skb2, rootq, to_free);
 484                 q->duplicate = dupsave;
 485                 rc_drop = NET_XMIT_SUCCESS;
 486         }
 487
 488         /*
 489          * Randomized packet corruption.
 490          * Make copy if needed since we are modifying
 491          * If packet is going to be hardware checksummed, then
 492          * do it now in software before we mangle it.
 493          */
 494         if (q->corrupt && q->corrupt >= get_crandom(&q->corrupt_cor)) {
 495                 if (skb_is_gso(skb)) {
 496                         skb = netem_segment(skb, sch, to_free);
 497                         if (!skb)
 498                                 return rc_drop;
 499                         segs = skb->next;
 500                         skb_mark_not_on_list(skb);
 501                         qdisc_skb_cb(skb)->pkt_len = skb->len;
 502                 }
 503
 504                 skb = skb_unshare(skb, GFP_ATOMIC);
 505                 if (unlikely(!skb)) {
 506                         qdisc_qstats_drop(sch);
 507                         goto finish_segs;
 508                 }
 509                 if (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL &&
 510                     skb_checksum_help(skb)) {
 511                         qdisc_drop(skb, sch, to_free);
 512                         skb = NULL;
 513                         goto finish_segs;
 514                 }
 515
 516                 skb->data[prandom_u32() % skb_headlen(skb)] ^=
 517                         1<<(prandom_u32() % 8);
 518         }
 519
 520         if (unlikely(sch->q.qlen >= sch->limit)) {
 521                 /* re-link segs, so that qdisc_drop_all() frees them all */
 522                 skb->next = segs;
 523                 qdisc_drop_all(skb, sch, to_free);
 524                 return rc_drop;
 525         }
 526
 527         qdisc_qstats_backlog_inc(sch, skb);
 528
 529         cb = netem_skb_cb(skb);
 530         if (q->gap == 0 ||              /* not doing reordering */
 531             q->counter < q->gap - 1 ||  /* inside last reordering gap */
 532             q->reorder < get_crandom(&q->reorder_cor)) {
 533                 u64 now;
 534                 s64 delay;
 535
 536                 delay = tabledist(q->latency, q->jitter,
 537                                   &q->delay_cor, q->delay_dist);
 538
 539                 now = ktime_get_ns();
 540
 541                 if (q->rate) {
 542                         struct netem_skb_cb *last = NULL;
 543
 544                         if (sch->q.tail)
 545                                 last = netem_skb_cb(sch->q.tail);
 546                         if (q->t_root.rb_node) {
 547                                 struct sk_buff *t_skb;
 548                                 struct netem_skb_cb *t_last;
 549
 550                                 t_skb = skb_rb_last(&q->t_root);
 551                                 t_last = netem_skb_cb(t_skb);
 552                                 if (!last ||
 553                                     t_last->time_to_send > last->time_to_send)
 554                                         last = t_last;
 555                         }
 556                         if (q->t_tail) {
 557                                 struct netem_skb_cb *t_last =
 558                                         netem_skb_cb(q->t_tail);
 559
 560                                 if (!last ||
 561                                     t_last->time_to_send > last->time_to_send)
 562                                         last = t_last;
 563                         }
 564
 565                         if (last) {
 566                                 /*
 567                                  * Last packet in queue is reference point (now),
 568                                  * calculate this time bonus and subtract
 569                                  * from delay.
 570                                  */
 571                                 delay -= last->time_to_send - now;
 572                                 delay = max_t(s64, 0, delay);
 573                                 now = last->time_to_send;
 574                         }
 575
 576                         delay += packet_time_ns(qdisc_pkt_len(skb), q);
 577                 }
 578
 579                 cb->time_to_send = now + delay;
 580                 ++q->counter;
 581                 tfifo_enqueue(skb, sch);
 582         } else {
 583                 /*
 584                  * Do re-ordering by putting one out of N packets at the front
 585                  * of the queue.
 586                  */
 587                 cb->time_to_send = ktime_get_ns();
 588                 q->counter = 0;
 589
 590                 __qdisc_enqueue_head(skb, &sch->q);
 591                 sch->qstats.requeues++;
 592         }
 593
 594 finish_segs:
 595         if (segs) {
 596                 unsigned int len, last_len;
 597                 int nb;
 598
 599                 len = skb ? skb->len : 0;
 600                 nb = skb ? 1 : 0;
 601
 602                 while (segs) {
 603                         skb2 = segs->next;
 604                         skb_mark_not_on_list(segs);
 605                         qdisc_skb_cb(segs)->pkt_len = segs->len;
 606                         last_len = segs->len;
 607                         rc = qdisc_enqueue(segs, sch, to_free);
 608                         if (rc != NET_XMIT_SUCCESS) {
 609                                 if (net_xmit_drop_count(rc))
 610                                         qdisc_qstats_drop(sch);
 611                         } else {
 612                                 nb++;
 613                                 len += last_len;
 614                         }
 615                         segs = skb2;
 616                 }
 617                 /* Parent qdiscs accounted for 1 skb of size @prev_len */
 618                 qdisc_tree_reduce_backlog(sch, -(nb - 1), -(len - prev_len));
 619         } else if (!skb) {
 620                 return NET_XMIT_DROP;
 621         }
 622         return NET_XMIT_SUCCESS;
 623 }
 624
 625 /* Delay the next round with a new future slot with a
 626  * correct number of bytes and packets.
 627  */
 628
 629 static void get_slot_next(struct netem_sched_data *q, u64 now)
 630 {
 631         s64 next_delay;
 632
 633         if (!q->slot_dist)
 634                 next_delay = q->slot_config.min_delay +
 635                                 (prandom_u32() *
 636                                  (q->slot_config.max_delay -
 637                                   q->slot_config.min_delay) >> 32);
 638         else
 639                 next_delay = tabledist(q->slot_config.dist_delay,
 640                                        (s32)(q->slot_config.dist_jitter),
 641                                        NULL, q->slot_dist);
 642
 643         q->slot.slot_next = now + next_delay;
 644         q->slot.packets_left = q->slot_config.max_packets;
 645         q->slot.bytes_left = q->slot_config.max_bytes;
 646 }
 647
 648 static struct sk_buff *netem_peek(struct netem_sched_data *q)
 649 {
 650         struct sk_buff *skb = skb_rb_first(&q->t_root);
 651         u64 t1, t2;
 652
 653         if (!skb)
 654                 return q->t_head;
 655         if (!q->t_head)
 656                 return skb;
 657
 658         t1 = netem_skb_cb(skb)->time_to_send;
 659         t2 = netem_skb_cb(q->t_head)->time_to_send;
 660         if (t1 < t2)
 661                 return skb;
 662         return q->t_head;
 663 }
 664
 665 static void netem_erase_head(struct netem_sched_data *q, struct sk_buff *skb)
 666 {
 667         if (skb == q->t_head) {
 668                 q->t_head = skb->next;
 669                 if (!q->t_head)
 670                         q->t_tail = NULL;
 671         } else {
 672                 rb_erase(&skb->rbnode, &q->t_root);
 673         }
 674 }
 675
 676 static struct sk_buff *netem_dequeue(struct Qdisc *sch)
 677 {
 678         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 679         struct sk_buff *skb;
 680
 681 tfifo_dequeue:
 682         skb = __qdisc_dequeue_head(&sch->q);
 683         if (skb) {
 684                 qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
 685 deliver:
 686                 qdisc_bstats_update(sch, skb);
 687                 return skb;
 688         }
 689         skb = netem_peek(q);
 690         if (skb) {
 691                 u64 time_to_send;
 692                 u64 now = ktime_get_ns();
 693
 694                 /* if more time remaining? */
 695                 time_to_send = netem_skb_cb(skb)->time_to_send;
 696                 if (q->slot.slot_next && q->slot.slot_next < time_to_send)
 697                         get_slot_next(q, now);
 698
 699                 if (time_to_send <= now && q->slot.slot_next <= now) {
 700                         netem_erase_head(q, skb);
 701                         sch->q.qlen--;
 702                         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
 703                         skb->next = NULL;
 704                         skb->prev = NULL;
 705                         /* skb->dev shares skb->rbnode area,
 706                          * we need to restore its value.
 707                          */
 708                         skb->dev = qdisc_dev(sch);
 709
 710                         if (q->slot.slot_next) {
 711                                 q->slot.packets_left--;
 712                                 q->slot.bytes_left -= qdisc_pkt_len(skb);
 713                                 if (q->slot.packets_left <= 0 ||
 714                                     q->slot.bytes_left <= 0)
 715                                         get_slot_next(q, now);
 716                         }
 717
 718                         if (q->qdisc) {
 719                                 unsigned int pkt_len = qdisc_pkt_len(skb);
 720                                 struct sk_buff *to_free = NULL;
 721                                 int err;
 722
 723                                 err = qdisc_enqueue(skb, q->qdisc, &to_free);
 724                                 kfree_skb_list(to_free);
 725                                 if (err != NET_XMIT_SUCCESS &&
 726                                     net_xmit_drop_count(err)) {
 727                                         qdisc_qstats_drop(sch);
 728                                         qdisc_tree_reduce_backlog(sch, 1,
 729                                                                   pkt_len);
 730                                 }
 731                                 goto tfifo_dequeue;
 732                         }
 733                         goto deliver;
 734                 }
 735
 736                 if (q->qdisc) {
 737                         skb = q->qdisc->ops->dequeue(q->qdisc);
 738                         if (skb)
 739                                 goto deliver;
 740                 }
 741
 742                 qdisc_watchdog_schedule_ns(&q->watchdog,
 743                                            max(time_to_send,
 744                                                q->slot.slot_next));
 745         }
 746
 747         if (q->qdisc) {
 748                 skb = q->qdisc->ops->dequeue(q->qdisc);
 749                 if (skb)
 750                         goto deliver;
 751         }
 752         return NULL;
 753 }
 754
 755 static void netem_reset(struct Qdisc *sch)
 756 {
 757         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 758
 759         qdisc_reset_queue(sch);
 760         tfifo_reset(sch);
 761         if (q->qdisc)
 762                 qdisc_reset(q->qdisc);
 763         qdisc_watchdog_cancel(&q->watchdog);
 764 }
 765
 766 static void dist_free(struct disttable *d)
 767 {
 768         kvfree(d);
 769 }
 770
 771 /*
 772  * Distribution data is a variable size payload containing
 773  * signed 16 bit values.
 774  */
 775
 776 static int get_dist_table(struct Qdisc *sch, struct disttable **tbl,
 777                           const struct nlattr *attr)
 778 {
 779         size_t n = nla_len(attr)/sizeof(__s16);
 780         const __s16 *data = nla_data(attr);
 781         spinlock_t *root_lock;
 782         struct disttable *d;
 783         int i;
 784
 785         if (!n || n > NETEM_DIST_MAX)
 786                 return -EINVAL;
 787
 788         d = kvmalloc(struct_size(d, table, n), GFP_KERNEL);
 789         if (!d)
 790                 return -ENOMEM;
 791
 792         d->size = n;
 793         for (i = 0; i < n; i++)
 794                 d->table[i] = data[i];
 795
 796         root_lock = qdisc_root_sleeping_lock(sch);
 797
 798         spin_lock_bh(root_lock);
 799         swap(*tbl, d);
 800         spin_unlock_bh(root_lock);
 801
 802         dist_free(d);
 803         return 0;
 804 }
 805
 806 static void get_slot(struct netem_sched_data *q, const struct nlattr *attr)
 807 {
 808         const struct tc_netem_slot *c = nla_data(attr);
 809
 810         q->slot_config = *c;
 811         if (q->slot_config.max_packets == 0)
 812                 q->slot_config.max_packets = INT_MAX;
 813         if (q->slot_config.max_bytes == 0)
 814                 q->slot_config.max_bytes = INT_MAX;
 815
 816         /* capping dist_jitter to the range acceptable by tabledist() */
 817         q->slot_config.dist_jitter = min_t(__s64, INT_MAX, abs(q->slot_config.dist_jitter));
 818
 819         q->slot.packets_left = q->slot_config.max_packets;
 820         q->slot.bytes_left = q->slot_config.max_bytes;
 821         if (q->slot_config.min_delay | q->slot_config.max_delay |
 822             q->slot_config.dist_jitter)
 823                 q->slot.slot_next = ktime_get_ns();
 824         else
 825                 q->slot.slot_next = 0;
 826 }
 827
 828 static void get_correlation(struct netem_sched_data *q, const struct nlattr *attr)
 829 {
 830         const struct tc_netem_corr *c = nla_data(attr);
 831
 832         init_crandom(&q->delay_cor, c->delay_corr);
 833         init_crandom(&q->loss_cor, c->loss_corr);
 834         init_crandom(&q->dup_cor, c->dup_corr);
 835 }
 836
 837 static void get_reorder(struct netem_sched_data *q, const struct nlattr *attr)
 838 {
 839         const struct tc_netem_reorder *r = nla_data(attr);
 840
 841         q->reorder = r->probability;
 842         init_crandom(&q->reorder_cor, r->correlation);
 843 }
 844
 845 static void get_corrupt(struct netem_sched_data *q, const struct nlattr *attr)
 846 {
 847         const struct tc_netem_corrupt *r = nla_data(attr);
 848
 849         q->corrupt = r->probability;
 850         init_crandom(&q->corrupt_cor, r->correlation);
 851 }
 852
 853 static void get_rate(struct netem_sched_data *q, const struct nlattr *attr)
 854 {
 855         const struct tc_netem_rate *r = nla_data(attr);
 856
 857         q->rate = r->rate;
 858         q->packet_overhead = r->packet_overhead;
 859         q->cell_size = r->cell_size;
 860         q->cell_overhead = r->cell_overhead;
 861         if (q->cell_size)
 862                 q->cell_size_reciprocal = reciprocal_value(q->cell_size);
 863         else
 864                 q->cell_size_reciprocal = (struct reciprocal_value) { 0 };
 865 }
 866
 867 static int get_loss_clg(struct netem_sched_data *q, const struct nlattr *attr)
 868 {
 869         const struct nlattr *la;
 870         int rem;
 871
 872         nla_for_each_nested(la, attr, rem) {
 873                 u16 type = nla_type(la);
 874
 875                 switch (type) {
 876                 case NETEM_LOSS_GI: {
 877                         const struct tc_netem_gimodel *gi = nla_data(la);
 878
 879                         if (nla_len(la) < sizeof(struct tc_netem_gimodel)) {
 880                                 pr_info("netem: incorrect gi model size\n");
 881                                 return -EINVAL;
 882                         }
 883
 884                         q->loss_model = CLG_4_STATES;
 885
 886                         q->clg.state = TX_IN_GAP_PERIOD;
 887                         q->clg.a1 = gi->p13;
 888                         q->clg.a2 = gi->p31;
 889                         q->clg.a3 = gi->p32;
 890                         q->clg.a4 = gi->p14;
 891                         q->clg.a5 = gi->p23;
 892                         break;
 893                 }
 894
 895                 case NETEM_LOSS_GE: {
 896                         const struct tc_netem_gemodel *ge = nla_data(la);
 897
 898                         if (nla_len(la) < sizeof(struct tc_netem_gemodel)) {
 899                                 pr_info("netem: incorrect ge model size\n");
 900                                 return -EINVAL;
 901                         }
 902
 903                         q->loss_model = CLG_GILB_ELL;
 904                         q->clg.state = GOOD_STATE;
 905                         q->clg.a1 = ge->p;
 906                         q->clg.a2 = ge->r;
 907                         q->clg.a3 = ge->h;
 908                         q->clg.a4 = ge->k1;
 909                         break;
 910                 }
 911
 912                 default:
 913                         pr_info("netem: unknown loss type %u\n", type);
 914                         return -EINVAL;
 915                 }
 916         }
 917
 918         return 0;
 919 }
 920
 921 static const struct nla_policy netem_policy[TCA_NETEM_MAX + 1] = {
 922         [TCA_NETEM_CORR]        = { .len = sizeof(struct tc_netem_corr) },
 923         [TCA_NETEM_REORDER]     = { .len = sizeof(struct tc_netem_reorder) },
 924         [TCA_NETEM_CORRUPT]     = { .len = sizeof(struct tc_netem_corrupt) },
 925         [TCA_NETEM_RATE]        = { .len = sizeof(struct tc_netem_rate) },
 926         [TCA_NETEM_LOSS]        = { .type = NLA_NESTED },
 927         [TCA_NETEM_ECN]         = { .type = NLA_U32 },
 928         [TCA_NETEM_RATE64]      = { .type = NLA_U64 },
 929         [TCA_NETEM_LATENCY64]   = { .type = NLA_S64 },
 930         [TCA_NETEM_JITTER64]    = { .type = NLA_S64 },
 931         [TCA_NETEM_SLOT]        = { .len = sizeof(struct tc_netem_slot) },
 932 };
 933
 934 static int parse_attr(struct nlattr *tb[], int maxtype, struct nlattr *nla,
 935                       const struct nla_policy *policy, int len)
 936 {
 937         int nested_len = nla_len(nla) - NLA_ALIGN(len);
 938
 939         if (nested_len < 0) {
 940                 pr_info("netem: invalid attributes len %d\n", nested_len);
 941                 return -EINVAL;
 942         }
 943
 944         if (nested_len >= nla_attr_size(0))
 945                 return nla_parse_deprecated(tb, maxtype,
 946                                             nla_data(nla) + NLA_ALIGN(len),
 947                                             nested_len, policy, NULL);
 948
 949         memset(tb, 0, sizeof(struct nlattr *) * (maxtype + 1));
 950         return 0;
 951 }
 952
 953 /* Parse netlink message to set options */
 954 static int netem_change(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
 955                         struct netlink_ext_ack *extack)
 956 {
 957         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 958         struct nlattr *tb[TCA_NETEM_MAX + 1];
 959         struct tc_netem_qopt *qopt;
 960         struct clgstate old_clg;
 961         int old_loss_model = CLG_RANDOM;
 962         int ret;
 963
 964         if (opt == NULL)
 965                 return -EINVAL;
 966
 967         qopt = nla_data(opt);
 968         ret = parse_attr(tb, TCA_NETEM_MAX, opt, netem_policy, sizeof(*qopt));
 969         if (ret < 0)
 970                 return ret;
 971
 972         /* backup q->clg and q->loss_model */
 973         old_clg = q->clg;
 974         old_loss_model = q->loss_model;
 975
 976         if (tb[TCA_NETEM_LOSS]) {
 977                 ret = get_loss_clg(q, tb[TCA_NETEM_LOSS]);
 978                 if (ret) {
 979                         q->loss_model = old_loss_model;
 980                         return ret;
 981                 }
 982         } else {
 983                 q->loss_model = CLG_RANDOM;
 984         }
 985
 986         if (tb[TCA_NETEM_DELAY_DIST]) {
 987                 ret = get_dist_table(sch, &q->delay_dist,
 988                                      tb[TCA_NETEM_DELAY_DIST]);
 989                 if (ret)
 990                         goto get_table_failure;
 991         }
 992
 993         if (tb[TCA_NETEM_SLOT_DIST]) {
 994                 ret = get_dist_table(sch, &q->slot_dist,
 995                                      tb[TCA_NETEM_SLOT_DIST]);
 996                 if (ret)
 997                         goto get_table_failure;
 998         }
 999
1000         sch->limit = qopt->limit;
1001
1002         q->latency = PSCHED_TICKS2NS(qopt->latency);
1003         q->jitter = PSCHED_TICKS2NS(qopt->jitter);
1004         q->limit = qopt->limit;
1005         q->gap = qopt->gap;
1006         q->counter = 0;
1007         q->loss = qopt->loss;
1008         q->duplicate = qopt->duplicate;
1009
1010         /* for compatibility with earlier versions.
1011          * if gap is set, need to assume 100% probability
1012          */
1013         if (q->gap)
1014                 q->reorder = ~0;
1015
1016         if (tb[TCA_NETEM_CORR])
1017                 get_correlation(q, tb[TCA_NETEM_CORR]);
1018
1019         if (tb[TCA_NETEM_REORDER])
1020                 get_reorder(q, tb[TCA_NETEM_REORDER]);
1021
1022         if (tb[TCA_NETEM_CORRUPT])
1023                 get_corrupt(q, tb[TCA_NETEM_CORRUPT]);
1024
1025         if (tb[TCA_NETEM_RATE])
1026                 get_rate(q, tb[TCA_NETEM_RATE]);
1027
1028         if (tb[TCA_NETEM_RATE64])
1029                 q->rate = max_t(u64, q->rate,
1030                                 nla_get_u64(tb[TCA_NETEM_RATE64]));
1031
1032         if (tb[TCA_NETEM_LATENCY64])
1033                 q->latency = nla_get_s64(tb[TCA_NETEM_LATENCY64]);
1034
1035         if (tb[TCA_NETEM_JITTER64])
1036                 q->jitter = nla_get_s64(tb[TCA_NETEM_JITTER64]);
1037
1038         if (tb[TCA_NETEM_ECN])
1039                 q->ecn = nla_get_u32(tb[TCA_NETEM_ECN]);
1040
1041         if (tb[TCA_NETEM_SLOT])
1042                 get_slot(q, tb[TCA_NETEM_SLOT]);
1043
1044         /* capping jitter to the range acceptable by tabledist() */
1045         q->jitter = min_t(s64, abs(q->jitter), INT_MAX);
1046
1047         return ret;
1048
1049 get_table_failure:
1050         /* recover clg and loss_model, in case of
1051          * q->clg and q->loss_model were modified
1052          * in get_loss_clg()
1053          */
1054         q->clg = old_clg;
1055         q->loss_model = old_loss_model;
1056         return ret;
1057 }
1058
1059 static int netem_init(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1060                       struct netlink_ext_ack *extack)
1061 {
1062         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
1063         int ret;
1064
1065         qdisc_watchdog_init(&q->watchdog, sch);
1066
1067         if (!opt)
1068                 return -EINVAL;
1069
1070         q->loss_model = CLG_RANDOM;
1071         ret = netem_change(sch, opt, extack);
1072         if (ret)
1073                 pr_info("netem: change failed\n");
1074         return ret;
1075 }
1076
1077 static void netem_destroy(struct Qdisc *sch)
1078 {
1079         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
1080
1081         qdisc_watchdog_cancel(&q->watchdog);
1082         if (q->qdisc)
1083                 qdisc_put(q->qdisc);
1084         dist_free(q->delay_dist);
1085         dist_free(q->slot_dist);
1086 }
1087
1088 static int dump_loss_model(const struct netem_sched_data *q,
1089                            struct sk_buff *skb)
1090 {
1091         struct nlattr *nest;
1092
1093         nest = nla_nest_start_noflag(skb, TCA_NETEM_LOSS);
1094         if (nest == NULL)
1095                 goto nla_put_failure;
1096
1097         switch (q->loss_model) {
1098         case CLG_RANDOM:
1099                 /* legacy loss model */
1100                 nla_nest_cancel(skb, nest);
1101                 return 0;       /* no data */
1102
1103         case CLG_4_STATES: {
1104                 struct tc_netem_gimodel gi = {
1105                         .p13 = q->clg.a1,
1106                         .p31 = q->clg.a2,
1107                         .p32 = q->clg.a3,
1108                         .p14 = q->clg.a4,
1109                         .p23 = q->clg.a5,
1110                 };
1111
1112                 if (nla_put(skb, NETEM_LOSS_GI, sizeof(gi), &gi))
1113                         goto nla_put_failure;
1114                 break;
1115         }
1116         case CLG_GILB_ELL: {
1117                 struct tc_netem_gemodel ge = {
1118                         .p = q->clg.a1,
1119                         .r = q->clg.a2,
1120                         .h = q->clg.a3,
1121                         .k1 = q->clg.a4,
1122                 };
1123
1124                 if (nla_put(skb, NETEM_LOSS_GE, sizeof(ge), &ge))
1125                         goto nla_put_failure;
1126                 break;
1127         }
1128         }
1129
1130         nla_nest_end(skb, nest);
1131         return 0;
1132
1133 nla_put_failure:
1134         nla_nest_cancel(skb, nest);
1135         return -1;
1136 }
1137
1138 static int netem_dump(struct Qdisc *sch, struct sk_buff *skb)
1139 {
1140         const struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
1141         struct nlattr *nla = (struct nlattr *) skb_tail_pointer(skb);
1142         struct tc_netem_qopt qopt;
1143         struct tc_netem_corr cor;
1144         struct tc_netem_reorder reorder;
1145         struct tc_netem_corrupt corrupt;
1146         struct tc_netem_rate rate;
1147         struct tc_netem_slot slot;
1148
1149         qopt.latency = min_t(psched_time_t, PSCHED_NS2TICKS(q->latency),
1150                              UINT_MAX);
1151         qopt.jitter = min_t(psched_time_t, PSCHED_NS2TICKS(q->jitter),
1152                             UINT_MAX);
1153         qopt.limit = q->limit;
1154         qopt.loss = q->loss;
1155         qopt.gap = q->gap;
1156         qopt.duplicate = q->duplicate;
1157         if (nla_put(skb, TCA_OPTIONS, sizeof(qopt), &qopt))
1158                 goto nla_put_failure;
1159
1160         if (nla_put(skb, TCA_NETEM_LATENCY64, sizeof(q->latency), &q->latency))
1161                 goto nla_put_failure;
1162
1163         if (nla_put(skb, TCA_NETEM_JITTER64, sizeof(q->jitter), &q->jitter))
1164                 goto nla_put_failure;
1165
1166         cor.delay_corr = q->delay_cor.rho;
1167         cor.loss_corr = q->loss_cor.rho;
1168         cor.dup_corr = q->dup_cor.rho;
1169         if (nla_put(skb, TCA_NETEM_CORR, sizeof(cor), &cor))
1170                 goto nla_put_failure;
1171
1172         reorder.probability = q->reorder;
1173         reorder.correlation = q->reorder_cor.rho;
1174         if (nla_put(skb, TCA_NETEM_REORDER, sizeof(reorder), &reorder))
1175                 goto nla_put_failure;
1176
1177         corrupt.probability = q->corrupt;
1178         corrupt.correlation = q->corrupt_cor.rho;
1179         if (nla_put(skb, TCA_NETEM_CORRUPT, sizeof(corrupt), &corrupt))
1180                 goto nla_put_failure;
1181
1182         if (q->rate >= (1ULL << 32)) {
1183                 if (nla_put_u64_64bit(skb, TCA_NETEM_RATE64, q->rate,
1184                                       TCA_NETEM_PAD))
1185                         goto nla_put_failure;
1186                 rate.rate = ~0U;
1187         } else {
1188                 rate.rate = q->rate;
1189         }
1190         rate.packet_overhead = q->packet_overhead;
1191         rate.cell_size = q->cell_size;
1192         rate.cell_overhead = q->cell_overhead;
1193         if (nla_put(skb, TCA_NETEM_RATE, sizeof(rate), &rate))
1194                 goto nla_put_failure;
1195
1196         if (q->ecn && nla_put_u32(skb, TCA_NETEM_ECN, q->ecn))
1197                 goto nla_put_failure;
1198
1199         if (dump_loss_model(q, skb) != 0)
1200                 goto nla_put_failure;
1201
1202         if (q->slot_config.min_delay | q->slot_config.max_delay |
1203             q->slot_config.dist_jitter) {
1204                 slot = q->slot_config;
1205                 if (slot.max_packets == INT_MAX)
1206                         slot.max_packets = 0;
1207                 if (slot.max_bytes == INT_MAX)
1208                         slot.max_bytes = 0;
1209                 if (nla_put(skb, TCA_NETEM_SLOT, sizeof(slot), &slot))
1210                         goto nla_put_failure;
1211         }
1212
1213         return nla_nest_end(skb, nla);
1214
1215 nla_put_failure:
1216         nlmsg_trim(skb, nla);
1217         return -1;
1218 }
1219
1220 static int netem_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
1221                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
1222 {
1223         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
1224
1225         if (cl != 1 || !q->qdisc)       /* only one class */
1226                 return -ENOENT;
1227
1228         tcm->tcm_handle |= TC_H_MIN(1);
1229         tcm->tcm_info = q->qdisc->handle;
1230
1231         return 0;
1232 }
1233
1234 static int netem_graft(struct Qdisc *sch, unsigned long arg, struct Qdisc *new,
1235                      struct Qdisc **old, struct netlink_ext_ack *extack)
1236 {
1237         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
1238
1239         *old = qdisc_replace(sch, new, &q->qdisc);
1240         return 0;
1241 }
1242
1243 static struct Qdisc *netem_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1244 {
1245         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
1246         return q->qdisc;
1247 }
1248
1249 static unsigned long netem_find(struct Qdisc *sch, u32 classid)
1250 {
1251         return 1;
1252 }
1253
1254 static void netem_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *walker)
1255 {
1256         if (!walker->stop) {
1257                 if (walker->count >= walker->skip)
1258                         if (walker->fn(sch, 1, walker) < 0) {
1259                                 walker->stop = 1;
1260                                 return;
1261                         }
1262                 walker->count++;
1263         }
1264 }
1265
1266 static const struct Qdisc_class_ops netem_class_ops = {
1267         .graft          =       netem_graft,
1268         .leaf           =       netem_leaf,
1269         .find           =       netem_find,
1270         .walk           =       netem_walk,
1271         .dump           =       netem_dump_class,
1272 };
1273
1274 static struct Qdisc_ops netem_qdisc_ops __read_mostly = {
1275         .id             =       "netem",
1276         .cl_ops         =       &netem_class_ops,
1277         .priv_size      =       sizeof(struct netem_sched_data),
1278         .enqueue        =       netem_enqueue,
1279         .dequeue        =       netem_dequeue,
1280         .peek           =       qdisc_peek_dequeued,
1281         .init           =       netem_init,
1282         .reset          =       netem_reset,
1283         .destroy        =       netem_destroy,
1284         .change         =       netem_change,
1285         .dump           =       netem_dump,
1286         .owner          =       THIS_MODULE,
1287 };
1288
1289
1290 static int __init netem_module_init(void)
1291 {
1292         pr_info("netem: version " VERSION "\n");
1293         return register_qdisc(&netem_qdisc_ops);
1294 }
1295 static void __exit netem_module_exit(void)
1296 {
1297         unregister_qdisc(&netem_qdisc_ops);
1298 }
1299 module_init(netem_module_init)
1300 module_exit(netem_module_exit)
1301 MODULE_LICENSE("GPL");