inetpeer: get rid of ip_id_count
authorEric Dumazet <edumazet@google.com>
Mon, 2 Jun 2014 12:26:03 +0000 (05:26 -0700)
committerDavid S. Miller <davem@davemloft.net>
Mon, 2 Jun 2014 18:00:41 +0000 (11:00 -0700)
Ideally, we would need to generate IP ID using a per destination IP
generator.

linux kernels used inet_peer cache for this purpose, but this had a huge
cost on servers disabling MTU discovery.

1) each inet_peer struct consumes 192 bytes

2) inetpeer cache uses a binary tree of inet_peer structs,
   with a nominal size of ~66000 elements under load.

3) lookups in this tree are hitting a lot of cache lines, as tree depth
   is about 20.

4) If server deals with many tcp flows, we have a high probability of
   not finding the inet_peer, allocating a fresh one, inserting it in
   the tree with same initial ip_id_count, (cf secure_ip_id())

5) We garbage collect inet_peer aggressively.

IP ID generation do not have to be 'perfect'

Goal is trying to avoid duplicates in a short period of time,
so that reassembly units have a chance to complete reassembly of
fragments belonging to one message before receiving other fragments
with a recycled ID.

We simply use an array of generators, and a Jenkin hash using the dst IP
as a key.

ipv6_select_ident() is put back into net/ipv6/ip6_output.c where it
belongs (it is only used from this file)

secure_ip_id() and secure_ipv6_id() no longer are needed.

Rename ip_select_ident_more() to ip_select_ident_segs() to avoid
unnecessary decrement/increment of the number of segments.

Signed-off-by: Eric Dumazet <edumazet@google.com>
Signed-off-by: David S. Miller <davem@davemloft.net>
17 files changed:
drivers/net/ppp/pptp.c
include/net/inetpeer.h
include/net/ip.h
include/net/ipv6.h
include/net/secure_seq.h
net/core/secure_seq.c
net/ipv4/igmp.c
net/ipv4/inetpeer.c
net/ipv4/ip_output.c
net/ipv4/ip_tunnel_core.c
net/ipv4/ipmr.c
net/ipv4/raw.c
net/ipv4/route.c
net/ipv4/xfrm4_mode_tunnel.c
net/ipv6/ip6_output.c
net/ipv6/output_core.c
net/netfilter/ipvs/ip_vs_xmit.c

index 0180531..1aff970 100644 (file)
@@ -281,7 +281,7 @@ static int pptp_xmit(struct ppp_channel *chan, struct sk_buff *skb)
        nf_reset(skb);
 
        skb->ip_summed = CHECKSUM_NONE;
-       ip_select_ident(skb, &rt->dst, NULL);
+       ip_select_ident(skb, NULL);
        ip_send_check(iph);
 
        ip_local_out(skb);
index 6efe73c..823ec7b 100644 (file)
@@ -41,14 +41,13 @@ struct inet_peer {
                struct rcu_head     gc_rcu;
        };
        /*
-        * Once inet_peer is queued for deletion (refcnt == -1), following fields
-        * are not available: rid, ip_id_count
+        * Once inet_peer is queued for deletion (refcnt == -1), following field
+        * is not available: rid
         * We can share memory with rcu_head to help keep inet_peer small.
         */
        union {
                struct {
                        atomic_t                        rid;            /* Frag reception counter */
-                       atomic_t                        ip_id_count;    /* IP ID for the next packet */
                };
                struct rcu_head         rcu;
                struct inet_peer        *gc_next;
@@ -165,7 +164,7 @@ bool inet_peer_xrlim_allow(struct inet_peer *peer, int timeout);
 void inetpeer_invalidate_tree(struct inet_peer_base *);
 
 /*
- * temporary check to make sure we dont access rid, ip_id_count, tcp_ts,
+ * temporary check to make sure we dont access rid, tcp_ts,
  * tcp_ts_stamp if no refcount is taken on inet_peer
  */
 static inline void inet_peer_refcheck(const struct inet_peer *p)
@@ -173,20 +172,4 @@ static inline void inet_peer_refcheck(const struct inet_peer *p)
        WARN_ON_ONCE(atomic_read(&p->refcnt) <= 0);
 }
 
-
-/* can be called with or without local BH being disabled */
-static inline int inet_getid(struct inet_peer *p, int more)
-{
-       int old, new;
-       more++;
-       inet_peer_refcheck(p);
-       do {
-               old = atomic_read(&p->ip_id_count);
-               new = old + more;
-               if (!new)
-                       new = 1;
-       } while (atomic_cmpxchg(&p->ip_id_count, old, new) != old);
-       return new;
-}
-
 #endif /* _NET_INETPEER_H */
index 2e49478..0e795df 100644 (file)
@@ -309,9 +309,19 @@ static inline unsigned int ip_skb_dst_mtu(const struct sk_buff *skb)
        }
 }
 
-void __ip_select_ident(struct iphdr *iph, struct dst_entry *dst, int more);
+#define IP_IDENTS_SZ 2048u
+extern atomic_t *ip_idents;
 
-static inline void ip_select_ident(struct sk_buff *skb, struct dst_entry *dst, struct sock *sk)
+static inline u32 ip_idents_reserve(u32 hash, int segs)
+{
+       atomic_t *id_ptr = ip_idents + hash % IP_IDENTS_SZ;
+
+       return atomic_add_return(segs, id_ptr) - segs;
+}
+
+void __ip_select_ident(struct iphdr *iph, int segs);
+
+static inline void ip_select_ident_segs(struct sk_buff *skb, struct sock *sk, int segs)
 {
        struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
 
@@ -321,24 +331,20 @@ static inline void ip_select_ident(struct sk_buff *skb, struct dst_entry *dst, s
                 * does not change, they drop every other packet in
                 * a TCP stream using header compression.
                 */
-               iph->id = (sk && inet_sk(sk)->inet_daddr) ?
-                                       htons(inet_sk(sk)->inet_id++) : 0;
-       } else
-               __ip_select_ident(iph, dst, 0);
-}
-
-static inline void ip_select_ident_more(struct sk_buff *skb, struct dst_entry *dst, struct sock *sk, int more)
-{
-       struct iphdr *iph = ip_hdr(skb);
-
-       if ((iph->frag_off & htons(IP_DF)) && !skb->ignore_df) {
                if (sk && inet_sk(sk)->inet_daddr) {
                        iph->id = htons(inet_sk(sk)->inet_id);
-                       inet_sk(sk)->inet_id += 1 + more;
-               } else
+                       inet_sk(sk)->inet_id += segs;
+               } else {
                        iph->id = 0;
-       } else
-               __ip_select_ident(iph, dst, more);
+               }
+       } else {
+               __ip_select_ident(iph, segs);
+       }
+}
+
+static inline void ip_select_ident(struct sk_buff *skb, struct sock *sk)
+{
+       ip_select_ident_segs(skb, sk, 1);
 }
 
 static inline __wsum inet_compute_pseudo(struct sk_buff *skb, int proto)
index ba810d0..574337f 100644 (file)
@@ -668,8 +668,6 @@ static inline int ipv6_addr_diff(const struct in6_addr *a1, const struct in6_add
        return __ipv6_addr_diff(a1, a2, sizeof(struct in6_addr));
 }
 
-void ipv6_select_ident(struct frag_hdr *fhdr, struct rt6_info *rt);
-
 int ip6_dst_hoplimit(struct dst_entry *dst);
 
 static inline int ip6_sk_dst_hoplimit(struct ipv6_pinfo *np, struct flowi6 *fl6,
index f257486..3f36d45 100644 (file)
@@ -3,8 +3,6 @@
 
 #include <linux/types.h>
 
-__u32 secure_ip_id(__be32 daddr);
-__u32 secure_ipv6_id(const __be32 daddr[4]);
 u32 secure_ipv4_port_ephemeral(__be32 saddr, __be32 daddr, __be16 dport);
 u32 secure_ipv6_port_ephemeral(const __be32 *saddr, const __be32 *daddr,
                               __be16 dport);
index 897da56..ba71212 100644 (file)
@@ -85,31 +85,6 @@ EXPORT_SYMBOL(secure_ipv6_port_ephemeral);
 #endif
 
 #ifdef CONFIG_INET
-__u32 secure_ip_id(__be32 daddr)
-{
-       u32 hash[MD5_DIGEST_WORDS];
-
-       net_secret_init();
-       hash[0] = (__force __u32) daddr;
-       hash[1] = net_secret[13];
-       hash[2] = net_secret[14];
-       hash[3] = net_secret[15];
-
-       md5_transform(hash, net_secret);
-
-       return hash[0];
-}
-
-__u32 secure_ipv6_id(const __be32 daddr[4])
-{
-       __u32 hash[4];
-
-       net_secret_init();
-       memcpy(hash, daddr, 16);
-       md5_transform(hash, net_secret);
-
-       return hash[0];
-}
 
 __u32 secure_tcp_sequence_number(__be32 saddr, __be32 daddr,
                                 __be16 sport, __be16 dport)
index 17d34e3..6748d42 100644 (file)
@@ -369,7 +369,7 @@ static struct sk_buff *igmpv3_newpack(struct net_device *dev, int size)
        pip->saddr    = fl4.saddr;
        pip->protocol = IPPROTO_IGMP;
        pip->tot_len  = 0;      /* filled in later */
-       ip_select_ident(skb, &rt->dst, NULL);
+       ip_select_ident(skb, NULL);
        ((u8 *)&pip[1])[0] = IPOPT_RA;
        ((u8 *)&pip[1])[1] = 4;
        ((u8 *)&pip[1])[2] = 0;
@@ -714,7 +714,7 @@ static int igmp_send_report(struct in_device *in_dev, struct ip_mc_list *pmc,
        iph->daddr    = dst;
        iph->saddr    = fl4.saddr;
        iph->protocol = IPPROTO_IGMP;
-       ip_select_ident(skb, &rt->dst, NULL);
+       ip_select_ident(skb, NULL);
        ((u8 *)&iph[1])[0] = IPOPT_RA;
        ((u8 *)&iph[1])[1] = 4;
        ((u8 *)&iph[1])[2] = 0;
index c98cf14..4ced1b9 100644 (file)
  *  Theory of operations.
  *  We keep one entry for each peer IP address.  The nodes contains long-living
  *  information about the peer which doesn't depend on routes.
- *  At this moment this information consists only of ID field for the next
- *  outgoing IP packet.  This field is incremented with each packet as encoded
- *  in inet_getid() function (include/net/inetpeer.h).
- *  At the moment of writing this notes identifier of IP packets is generated
- *  to be unpredictable using this code only for packets subjected
- *  (actually or potentially) to defragmentation.  I.e. DF packets less than
- *  PMTU in size when local fragmentation is disabled use a constant ID and do
- *  not use this code (see ip_select_ident() in include/net/ip.h).
  *
- *  Route cache entries hold references to our nodes.
- *  New cache entries get references via lookup by destination IP address in
- *  the avl tree.  The reference is grabbed only when it's needed i.e. only
- *  when we try to output IP packet which needs an unpredictable ID (see
- *  __ip_select_ident() in net/ipv4/route.c).
  *  Nodes are removed only when reference counter goes to 0.
  *  When it's happened the node may be removed when a sufficient amount of
  *  time has been passed since its last use.  The less-recently-used entry can
@@ -62,7 +49,6 @@
  *             refcnt: atomically against modifications on other CPU;
  *                usually under some other lock to prevent node disappearing
  *             daddr: unchangeable
- *             ip_id_count: atomic value (no lock needed)
  */
 
 static struct kmem_cache *peer_cachep __read_mostly;
@@ -497,10 +483,6 @@ relookup:
                p->daddr = *daddr;
                atomic_set(&p->refcnt, 1);
                atomic_set(&p->rid, 0);
-               atomic_set(&p->ip_id_count,
-                               (daddr->family == AF_INET) ?
-                                       secure_ip_id(daddr->addr.a4) :
-                                       secure_ipv6_id(daddr->addr.a6));
                p->metrics[RTAX_LOCK-1] = INETPEER_METRICS_NEW;
                p->rate_tokens = 0;
                /* 60*HZ is arbitrary, but chosen enough high so that the first
index 6e231ab..8d3b6b0 100644 (file)
@@ -148,7 +148,7 @@ int ip_build_and_send_pkt(struct sk_buff *skb, struct sock *sk,
        iph->daddr    = (opt && opt->opt.srr ? opt->opt.faddr : daddr);
        iph->saddr    = saddr;
        iph->protocol = sk->sk_protocol;
-       ip_select_ident(skb, &rt->dst, sk);
+       ip_select_ident(skb, sk);
 
        if (opt && opt->opt.optlen) {
                iph->ihl += opt->opt.optlen>>2;
@@ -430,8 +430,7 @@ packet_routed:
                ip_options_build(skb, &inet_opt->opt, inet->inet_daddr, rt, 0);
        }
 
-       ip_select_ident_more(skb, &rt->dst, sk,
-                            (skb_shinfo(skb)->gso_segs ?: 1) - 1);
+       ip_select_ident_segs(skb, sk, skb_shinfo(skb)->gso_segs ?: 1);
 
        /* TODO : should we use skb->sk here instead of sk ? */
        skb->priority = sk->sk_priority;
@@ -1379,7 +1378,7 @@ struct sk_buff *__ip_make_skb(struct sock *sk,
        iph->ttl = ttl;
        iph->protocol = sk->sk_protocol;
        ip_copy_addrs(iph, fl4);
-       ip_select_ident(skb, &rt->dst, sk);
+       ip_select_ident(skb, sk);
 
        if (opt) {
                iph->ihl += opt->optlen>>2;
index bcf206c..847e69c 100644 (file)
@@ -74,7 +74,7 @@ int iptunnel_xmit(struct sock *sk, struct rtable *rt, struct sk_buff *skb,
        iph->daddr      =       dst;
        iph->saddr      =       src;
        iph->ttl        =       ttl;
-       __ip_select_ident(iph, &rt->dst, (skb_shinfo(skb)->gso_segs ?: 1) - 1);
+       __ip_select_ident(iph, skb_shinfo(skb)->gso_segs ?: 1);
 
        err = ip_local_out_sk(sk, skb);
        if (unlikely(net_xmit_eval(err)))
index 2bc9cc4..65bcaa7 100644 (file)
@@ -1663,7 +1663,7 @@ static void ip_encap(struct sk_buff *skb, __be32 saddr, __be32 daddr)
        iph->protocol   =       IPPROTO_IPIP;
        iph->ihl        =       5;
        iph->tot_len    =       htons(skb->len);
-       ip_select_ident(skb, skb_dst(skb), NULL);
+       ip_select_ident(skb, NULL);
        ip_send_check(iph);
 
        memset(&(IPCB(skb)->opt), 0, sizeof(IPCB(skb)->opt));
index a9dbe58..2c65160 100644 (file)
@@ -389,7 +389,7 @@ static int raw_send_hdrinc(struct sock *sk, struct flowi4 *fl4,
                iph->check   = 0;
                iph->tot_len = htons(length);
                if (!iph->id)
-                       ip_select_ident(skb, &rt->dst, NULL);
+                       ip_select_ident(skb, NULL);
 
                iph->check = ip_fast_csum((unsigned char *)iph, iph->ihl);
        }
index 4154eb7..082239f 100644 (file)
@@ -89,6 +89,7 @@
 #include <linux/rcupdate.h>
 #include <linux/times.h>
 #include <linux/slab.h>
+#include <linux/jhash.h>
 #include <net/dst.h>
 #include <net/net_namespace.h>
 #include <net/protocol.h>
@@ -456,39 +457,19 @@ static struct neighbour *ipv4_neigh_lookup(const struct dst_entry *dst,
        return neigh_create(&arp_tbl, pkey, dev);
 }
 
-/*
- * Peer allocation may fail only in serious out-of-memory conditions.  However
- * we still can generate some output.
- * Random ID selection looks a bit dangerous because we have no chances to
- * select ID being unique in a reasonable period of time.
- * But broken packet identifier may be better than no packet at all.
- */
-static void ip_select_fb_ident(struct iphdr *iph)
-{
-       static DEFINE_SPINLOCK(ip_fb_id_lock);
-       static u32 ip_fallback_id;
-       u32 salt;
+atomic_t *ip_idents __read_mostly;
+EXPORT_SYMBOL(ip_idents);
 
-       spin_lock_bh(&ip_fb_id_lock);
-       salt = secure_ip_id((__force __be32)ip_fallback_id ^ iph->daddr);
-       iph->id = htons(salt & 0xFFFF);
-       ip_fallback_id = salt;
-       spin_unlock_bh(&ip_fb_id_lock);
-}
-
-void __ip_select_ident(struct iphdr *iph, struct dst_entry *dst, int more)
+void __ip_select_ident(struct iphdr *iph, int segs)
 {
-       struct net *net = dev_net(dst->dev);
-       struct inet_peer *peer;
+       static u32 ip_idents_hashrnd __read_mostly;
+       u32 hash, id;
 
-       peer = inet_getpeer_v4(net->ipv4.peers, iph->daddr, 1);
-       if (peer) {
-               iph->id = htons(inet_getid(peer, more));
-               inet_putpeer(peer);
-               return;
-       }
+       net_get_random_once(&ip_idents_hashrnd, sizeof(ip_idents_hashrnd));
 
-       ip_select_fb_ident(iph);
+       hash = jhash_1word((__force u32)iph->daddr, ip_idents_hashrnd);
+       id = ip_idents_reserve(hash, segs);
+       iph->id = htons(id);
 }
 EXPORT_SYMBOL(__ip_select_ident);
 
@@ -2711,6 +2692,12 @@ int __init ip_rt_init(void)
 {
        int rc = 0;
 
+       ip_idents = kmalloc(IP_IDENTS_SZ * sizeof(*ip_idents), GFP_KERNEL);
+       if (!ip_idents)
+               panic("IP: failed to allocate ip_idents\n");
+
+       prandom_bytes(ip_idents, IP_IDENTS_SZ * sizeof(*ip_idents));
+
 #ifdef CONFIG_IP_ROUTE_CLASSID
        ip_rt_acct = __alloc_percpu(256 * sizeof(struct ip_rt_acct), __alignof__(struct ip_rt_acct));
        if (!ip_rt_acct)
index 05f2b48..91771a7 100644 (file)
@@ -58,12 +58,12 @@ static int xfrm4_mode_tunnel_output(struct xfrm_state *x, struct sk_buff *skb)
 
        top_iph->frag_off = (flags & XFRM_STATE_NOPMTUDISC) ?
                0 : (XFRM_MODE_SKB_CB(skb)->frag_off & htons(IP_DF));
-       ip_select_ident(skb, dst->child, NULL);
 
        top_iph->ttl = ip4_dst_hoplimit(dst->child);
 
        top_iph->saddr = x->props.saddr.a4;
        top_iph->daddr = x->id.daddr.a4;
+       ip_select_ident(skb, NULL);
 
        return 0;
 }
index 85aaeca..cb9df0e 100644 (file)
@@ -537,6 +537,18 @@ static void ip6_copy_metadata(struct sk_buff *to, struct sk_buff *from)
        skb_copy_secmark(to, from);
 }
 
+static void ipv6_select_ident(struct frag_hdr *fhdr, struct rt6_info *rt)
+{
+       static u32 ip6_idents_hashrnd __read_mostly;
+       u32 hash, id;
+
+       net_get_random_once(&ip6_idents_hashrnd, sizeof(ip6_idents_hashrnd));
+
+       hash = __ipv6_addr_jhash(&rt->rt6i_dst.addr, ip6_idents_hashrnd);
+       id = ip_idents_reserve(hash, 1);
+       fhdr->identification = htonl(id);
+}
+
 int ip6_fragment(struct sk_buff *skb, int (*output)(struct sk_buff *))
 {
        struct sk_buff *frag;
index 6313abd..6179ac1 100644 (file)
@@ -8,36 +8,6 @@
 #include <net/addrconf.h>
 #include <net/secure_seq.h>
 
-void ipv6_select_ident(struct frag_hdr *fhdr, struct rt6_info *rt)
-{
-       static atomic_t ipv6_fragmentation_id;
-       struct in6_addr addr;
-       int old, new;
-
-#if IS_ENABLED(CONFIG_IPV6)
-       struct inet_peer *peer;
-       struct net *net;
-
-       net = dev_net(rt->dst.dev);
-       peer = inet_getpeer_v6(net->ipv6.peers, &rt->rt6i_dst.addr, 1);
-       if (peer) {
-               fhdr->identification = htonl(inet_getid(peer, 0));
-               inet_putpeer(peer);
-               return;
-       }
-#endif
-       do {
-               old = atomic_read(&ipv6_fragmentation_id);
-               new = old + 1;
-               if (!new)
-                       new = 1;
-       } while (atomic_cmpxchg(&ipv6_fragmentation_id, old, new) != old);
-
-       addr = rt->rt6i_dst.addr;
-       addr.s6_addr32[0] ^= (__force __be32)new;
-       fhdr->identification = htonl(secure_ipv6_id(addr.s6_addr32));
-}
-EXPORT_SYMBOL(ipv6_select_ident);
 
 int ip6_find_1stfragopt(struct sk_buff *skb, u8 **nexthdr)
 {
index 487b55e..73ba1cc 100644 (file)
@@ -883,7 +883,7 @@ ip_vs_tunnel_xmit(struct sk_buff *skb, struct ip_vs_conn *cp,
        iph->daddr              =       cp->daddr.ip;
        iph->saddr              =       saddr;
        iph->ttl                =       old_iph->ttl;
-       ip_select_ident(skb, &rt->dst, NULL);
+       ip_select_ident(skb, NULL);
 
        /* Another hack: avoid icmp_send in ip_fragment */
        skb->ignore_df = 1;