sys/netinet/in_rss.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2010-2011 Juniper Networks, Inc.
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This software was developed by Robert N. M. Watson under contract
   6  * to Juniper Networks, Inc.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  *
  17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  18  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  19  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  20  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  21  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  22  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  23  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  24  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  25  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  26  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  27  * SUCH DAMAGE.
  28  */
  29
  30 #include <sys/cdefs.h>
  31
  32 __FBSDID("$FreeBSD$");
  33
  34 #include "opt_inet6.h"
  35
  36 #include <sys/param.h>
  37 #include <sys/mbuf.h>
  38 #include <sys/socket.h>
  39 #include <sys/priv.h>
  40 #include <sys/kernel.h>
  41 #include <sys/smp.h>
  42 #include <sys/sysctl.h>
  43 #include <sys/sbuf.h>
  44
  45 #include <net/if.h>
  46 #include <net/if_var.h>
  47 #include <net/netisr.h>
  48 #include <net/rss_config.h>
  49
  50 #include <netinet/in.h>
  51 #include <netinet/in_pcb.h>
  52 #include <netinet/in_rss.h>
  53 #include <netinet/in_var.h>
  54
  55 /* for software rss hash support */
  56 #include <netinet/ip.h>
  57 #include <netinet/tcp.h>
  58 #include <netinet/udp.h>
  59
  60 /*
  61  * Hash an IPv4 2-tuple.
  62  */
  63 uint32_t
  64 rss_hash_ip4_2tuple(struct in_addr src, struct in_addr dst)
  65 {
  66         uint8_t data[sizeof(src) + sizeof(dst)];
  67         u_int datalen;
  68
  69         datalen = 0;
  70         bcopy(&src, &data[datalen], sizeof(src));
  71         datalen += sizeof(src);
  72         bcopy(&dst, &data[datalen], sizeof(dst));
  73         datalen += sizeof(dst);
  74         return (rss_hash(datalen, data));
  75 }
  76
  77 /*
  78  * Hash an IPv4 4-tuple.
  79  */
  80 uint32_t
  81 rss_hash_ip4_4tuple(struct in_addr src, u_short srcport, struct in_addr dst,
  82     u_short dstport)
  83 {
  84         uint8_t data[sizeof(src) + sizeof(dst) + sizeof(srcport) +
  85             sizeof(dstport)];
  86         u_int datalen;
  87
  88         datalen = 0;
  89         bcopy(&src, &data[datalen], sizeof(src));
  90         datalen += sizeof(src);
  91         bcopy(&dst, &data[datalen], sizeof(dst));
  92         datalen += sizeof(dst);
  93         bcopy(&srcport, &data[datalen], sizeof(srcport));
  94         datalen += sizeof(srcport);
  95         bcopy(&dstport, &data[datalen], sizeof(dstport));
  96         datalen += sizeof(dstport);
  97         return (rss_hash(datalen, data));
  98 }
  99
 100 /*
 101  * Calculate an appropriate ipv4 2-tuple or 4-tuple given the given
 102  * IPv4 source/destination address, UDP or TCP source/destination ports
 103  * and the protocol type.
 104  *
 105  * The protocol code may wish to do a software hash of the given
 106  * tuple.  This depends upon the currently configured RSS hash types.
 107  *
 108  * This assumes that the packet in question isn't a fragment.
 109  *
 110  * It also assumes the packet source/destination address
 111  * are in "incoming" packet order (ie, source is "far" address.)
 112  */
 113 int
 114 rss_proto_software_hash_v4(struct in_addr s, struct in_addr d,
 115     u_short sp, u_short dp, int proto,
 116     uint32_t *hashval, uint32_t *hashtype)
 117 {
 118         uint32_t hash;
 119
 120         /*
 121          * Next, choose the hash type depending upon the protocol
 122          * identifier.
 123          */
 124         if ((proto == IPPROTO_TCP) &&
 125             (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4)) {
 126                 hash = rss_hash_ip4_4tuple(s, sp, d, dp);
 127                 *hashval = hash;
 128                 *hashtype = M_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4;
 129                 return (0);
 130         } else if ((proto == IPPROTO_UDP) &&
 131             (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4)) {
 132                 hash = rss_hash_ip4_4tuple(s, sp, d, dp);
 133                 *hashval = hash;
 134                 *hashtype = M_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4;
 135                 return (0);
 136         } else if (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_IPV4) {
 137                 /* RSS doesn't hash on other protocols like SCTP; so 2-tuple */
 138                 hash = rss_hash_ip4_2tuple(s, d);
 139                 *hashval = hash;
 140                 *hashtype = M_HASHTYPE_RSS_IPV4;
 141                 return (0);
 142         }
 143
 144         /* No configured available hashtypes! */
 145         RSS_DEBUG("no available hashtypes!\n");
 146         return (-1);
 147 }
 148
 149 /*
 150  * Calculate an appropriate ipv4 2-tuple or 4-tuple given the given
 151  * IPv4 source/destination address, UDP or TCP source/destination ports
 152  * and the protocol type.
 153  *
 154  * The protocol code may wish to do a software hash of the given
 155  * tuple.  This depends upon the currently configured RSS hash types.
 156  *
 157  * It assumes the packet source/destination address
 158  * are in "outgoing" packet order (ie, destination is "far" address.)
 159  */
 160 uint32_t
 161 xps_proto_software_hash_v4(struct in_addr s, struct in_addr d,
 162     u_short sp, u_short dp, int proto, uint32_t *hashtype)
 163 {
 164         uint32_t hash;
 165
 166         /*
 167          * Next, choose the hash type depending upon the protocol
 168          * identifier.
 169          */
 170         if ((proto == IPPROTO_TCP) &&
 171             (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4)) {
 172                 hash = rss_hash_ip4_4tuple(d, dp, s, sp);
 173                 *hashtype = M_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4;
 174                 return (hash);
 175         } else if ((proto == IPPROTO_UDP) &&
 176             (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4)) {
 177                 hash = rss_hash_ip4_4tuple(d, dp, s, sp);
 178                 *hashtype = M_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4;
 179                 return (hash);
 180         } else if (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_IPV4) {
 181                 /* RSS doesn't hash on other protocols like SCTP; so 2-tuple */
 182                 hash = rss_hash_ip4_2tuple(d, s);
 183                 *hashtype = M_HASHTYPE_RSS_IPV4;
 184                 return (hash);
 185         }
 186
 187         *hashtype = M_HASHTYPE_NONE;
 188         return (0);
 189 }
 190
 191 /*
 192  * Do a software calculation of the RSS for the given mbuf.
 193  *
 194  * This is typically used by the input path to recalculate the RSS after
 195  * some form of packet processing (eg de-capsulation, IP fragment reassembly.)
 196  *
 197  * dir is the packet direction - RSS_HASH_PKT_INGRESS for incoming and
 198  * RSS_HASH_PKT_EGRESS for outgoing.
 199  *
 200  * Returns 0 if a hash was done, -1 if no hash was done, +1 if
 201  * the mbuf already had a valid RSS flowid.
 202  *
 203  * This function doesn't modify the mbuf.  It's up to the caller to
 204  * assign flowid/flowtype as appropriate.
 205  */
 206 int
 207 rss_mbuf_software_hash_v4(const struct mbuf *m, int dir, uint32_t *hashval,
 208     uint32_t *hashtype)
 209 {
 210         const struct ip *ip;
 211         const struct tcphdr *th;
 212         const struct udphdr *uh;
 213         uint32_t flowtype;
 214         uint8_t proto;
 215         int iphlen;
 216         int is_frag = 0;
 217
 218         /*
 219          * XXX For now this only handles hashing on incoming mbufs.
 220          */
 221         if (dir != RSS_HASH_PKT_INGRESS) {
 222                 RSS_DEBUG("called on EGRESS packet!\n");
 223                 return (-1);
 224         }
 225
 226         /*
 227          * First, validate that the mbuf we have is long enough
 228          * to have an IPv4 header in it.
 229          */
 230         if (m->m_pkthdr.len < (sizeof(struct ip))) {
 231                 RSS_DEBUG("short mbuf pkthdr\n");
 232                 return (-1);
 233         }
 234         if (m->m_len < (sizeof(struct ip))) {
 235                 RSS_DEBUG("short mbuf len\n");
 236                 return (-1);
 237         }
 238
 239         /* Ok, let's dereference that */
 240         ip = mtod(m, struct ip *);
 241         proto = ip->ip_p;
 242         iphlen = ip->ip_hl << 2;
 243
 244         /*
 245          * If this is a fragment then it shouldn't be four-tuple
 246          * hashed just yet.  Once it's reassembled into a full
 247          * frame it should be re-hashed.
 248          */
 249         if (ip->ip_off & htons(IP_MF | IP_OFFMASK))
 250                 is_frag = 1;
 251
 252         /*
 253          * If the mbuf flowid/flowtype matches the packet type,
 254          * and we don't support the 4-tuple version of the given protocol,
 255          * then signal to the owner that it can trust the flowid/flowtype
 256          * details.
 257          *
 258          * This is a little picky - eg, if TCPv4 / UDPv4 hashing
 259          * is supported but we got a TCP/UDP frame only 2-tuple hashed,
 260          * then we shouldn't just "trust" the 2-tuple hash.  We need
 261          * a 4-tuple hash.
 262          */
 263         flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
 264
 265         if (flowtype != M_HASHTYPE_NONE) {
 266                 switch (proto) {
 267                 case IPPROTO_UDP:
 268                         if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4) &&
 269                             (flowtype == M_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4) &&
 270                             (is_frag == 0)) {
 271                                 return (1);
 272                         }
 273                         /*
 274                          * Only allow 2-tuple for UDP frames if we don't also
 275                          * support 4-tuple for UDP.
 276                          */
 277                         if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_IPV4) &&
 278                             ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4) == 0) &&
 279                             flowtype == M_HASHTYPE_RSS_IPV4) {
 280                                 return (1);
 281                         }
 282                         break;
 283                 case IPPROTO_TCP:
 284                         if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4) &&
 285                             (flowtype == M_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4) &&
 286                             (is_frag == 0)) {
 287                                 return (1);
 288                         }
 289                         /*
 290                          * Only allow 2-tuple for TCP frames if we don't also
 291                          * support 2-tuple for TCP.
 292                          */
 293                         if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_IPV4) &&
 294                             ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4) == 0) &&
 295                             flowtype == M_HASHTYPE_RSS_IPV4) {
 296                                 return (1);
 297                         }
 298                         break;
 299                 default:
 300                         if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_IPV4) &&
 301                             flowtype == M_HASHTYPE_RSS_IPV4) {
 302                                 return (1);
 303                         }
 304                         break;
 305                 }
 306         }
 307
 308         /*
 309          * Decode enough information to make a hash decision.
 310          *
 311          * XXX TODO: does the hardware hash on 4-tuple if IP
 312          *    options are present?
 313          */
 314         if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_TCP_IPV4) &&
 315             (proto == IPPROTO_TCP) &&
 316             (is_frag == 0)) {
 317                 if (m->m_len < iphlen + sizeof(struct tcphdr)) {
 318                         RSS_DEBUG("short TCP frame?\n");
 319                         return (-1);
 320                 }
 321                 th = (const struct tcphdr *)((c_caddr_t)ip + iphlen);
 322                 return rss_proto_software_hash_v4(ip->ip_src, ip->ip_dst,
 323                     th->th_sport,
 324                     th->th_dport,
 325                     proto,
 326                     hashval,
 327                     hashtype);
 328         } else if ((rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_UDP_IPV4) &&
 329             (proto == IPPROTO_UDP) &&
 330             (is_frag == 0)) {
 331                 uh = (const struct udphdr *)((c_caddr_t)ip + iphlen);
 332                 if (m->m_len < iphlen + sizeof(struct udphdr)) {
 333                         RSS_DEBUG("short UDP frame?\n");
 334                         return (-1);
 335                 }
 336                 return rss_proto_software_hash_v4(ip->ip_src, ip->ip_dst,
 337                     uh->uh_sport,
 338                     uh->uh_dport,
 339                     proto,
 340                     hashval,
 341                     hashtype);
 342         } else if (rss_gethashconfig() & RSS_HASHTYPE_RSS_IPV4) {
 343                 /* Default to 2-tuple hash */
 344                 return rss_proto_software_hash_v4(ip->ip_src, ip->ip_dst,
 345                     0,  /* source port */
 346                     0,  /* destination port */
 347                     0,  /* IPPROTO_IP */
 348                     hashval,
 349                     hashtype);
 350         } else {
 351                 RSS_DEBUG("no available hashtypes!\n");
 352                 return (-1);
 353         }
 354 }
 355
 356 /*
 357  * Similar to rss_m2cpuid, but designed to be used by the IP NETISR
 358  * on incoming frames.
 359  *
 360  * If an existing RSS hash exists and it matches what the configured
 361  * hashing is, then use it.
 362  *
 363  * If there's an existing RSS hash but the desired hash is different,
 364  * or if there's no useful RSS hash, then calculate it via
 365  * the software path.
 366  *
 367  * XXX TODO: definitely want statistics here!
 368  */
 369 struct mbuf *
 370 rss_soft_m2cpuid_v4(struct mbuf *m, uintptr_t source, u_int *cpuid)
 371 {
 372         uint32_t hash_val, hash_type;
 373         int ret;
 374
 375         M_ASSERTPKTHDR(m);
 376
 377         ret = rss_mbuf_software_hash_v4(m, RSS_HASH_PKT_INGRESS,
 378             &hash_val, &hash_type);
 379         if (ret > 0) {
 380                 /* mbuf has a valid hash already; don't need to modify it */
 381                 *cpuid = rss_hash2cpuid(m->m_pkthdr.flowid, M_HASHTYPE_GET(m));
 382         } else if (ret == 0) {
 383                 /* hash was done; update */
 384                 m->m_pkthdr.flowid = hash_val;
 385                 M_HASHTYPE_SET(m, hash_type);
 386                 *cpuid = rss_hash2cpuid(m->m_pkthdr.flowid, M_HASHTYPE_GET(m));
 387         } else { /* ret < 0 */
 388                 /* no hash was done */
 389                 *cpuid = NETISR_CPUID_NONE;
 390         }
 391         return (m);
 392 }