更加精确的TCPWestwood拥塞控制算法

1、st乳忙iniIxp训畀ructsacksk,cafisisuurtskbLffscbrtfiag)更加精确的TCPWestwood拥塞控制算法Westwood算法控制的是在从快速恢复阶段退出时的拥塞窗口的值。原理上讲，这时的窗口值应该是一个不包括队列缓存在内的BDP，即最大带宽与最小RTT的乘积。问题是如何求最大带宽。标准的Westwood算法做的非常粗糙，它将一个TCP连接的生命周期分解为一段一段的采样周期，每一个采样周期内采集被ACK的字节数，然后除以采样周期的间隔，结果做低通滤波(其实就是移动指数平均)，就是带宽。我们来看一下Westwood是如何在采样周期内采集ACK字节数的。然而，

2、4.9版本之前的内核对于Linux的TCP实现，在开放给拥塞控制回调的接口中，只能通过当前的snd_una与上次记录的snd_una之间的差值来估算被ACK的字节数，说“估算”这个词的意思是，在拥塞控制回调中，关于SACK的信息会丢失。比如说收到一个ACK,如果它是重复的ACK,那么在拥塞控制回调中将无法取到任何其携带的SACK信息。虽然说一个重复的ACK可能携带了一大段SACK,然而对于拥塞控制回调而言，它看到的只是一个没有推进snd_una的ACK。本来，携带SACK的ACK段是想告诉拥塞模块对端其实收到了N个字节的数据，只不过没有按序，按照BDP的观点，这些乱序的数据也应该计入BDP的，

3、然而却由于拥塞模块听不到这个信息而被忽略。我们来看一下这个逻辑：staticinlineu32westwood_acked_count(structsock*sk)conststructtcp_sock*tp=tcp_sk(sk);structwestwood*w=inet_csk_ca(sk);w-cumul_ack=tp-snd_una-w-snd_una;/*Ifcumul_ackis0thisisadupacksinceitsnotmoving*tp-snd_una.*/if(!w-cumul_ack)/如果当前ACK是没有推进snd_una的重复ACK,仅计入一个段，忽略SACK带来

4、的BDP排空。w-accounted+=tp-mss_cache;w-cumul_ack=tp-mss_cache;if(w-cumul_acktp-mss_cache)/*Partialordelayedack*/if(w-accounted=w-cumul_ack)w-accounted-=w-cumul_ack;w-cumul_ack=tp-mss_cache;elsew-cumul_ack-=w-accounted;w-accounted=0;w-snd_una=tp-snd_una;returnw-cumul_ack;可见，上述针对ACK数据的计数是极其粗糙的！然而这不是Westwo

5、od的错，这是LinuxTCP实现的错!st乳忙iniIxp训畀ructsacksk,cafisisuurtskbLffscbrtfiag)st-uctpori|.estiofl_opsttrudi吐总記iisl;uiiMjiedSongHd(s；Fr(tiaizeprvate曲口lopth)财I*vojdfluitistactscdcst):/*zleariuppr和我电cati)+vaid*reii-trudsoctSsk;tipofi忙p/ck.dubiousl就F理ii-单邂&FU.G_3flTA_AXEDj&也t中11那誌e_潔出比I:-Jups：匸：；：垢HLi二泗7_少丄，0皿叽

6、LI：，；上：_-.11FJl*g&F/GJMH.gED)/*連扎巾山凋starttheshoiij肝equh副(*55trira5hi；(5：ftctsock七朗/*c/erKxreTorccnggstloircowfDptcnaEi*/u32(1Tiin_2ATdXca讪sirirtso:k*sf/dneurcwndcakuHiDnirequied|/_3pidrcongLSVuicIUstiuct?ccksKu32乍曲u32广cjNbtfotcunngcajlste(cptid冊l|*/cfoid|*5邑伯te|ELCtseekik,订为抽怛划；:illwtnencndeventoccu

7、riloxbrcillKf/Tosdfo:k*已numt卬_uje呃nte).怙/*砂理悄Iuee*詡他a-terlo&sgptiDnaO/、u31(*Lrdd_twndHnirt址山skj：X,/*forpacketzekilulntinjfQtianlB/oidrpktikeJJisInjctsxKKsk.j32numcted.户学tmtalorinef_d延loptiona*/vod(*；卿：nteiistructsock*也口胆&AtJrjstOpen的拥塞控制状态中，系统会调用私有的有在特定的点，才会进入外挂的拥塞控制模块的回调函数，对于在非程和重传逻辑了无法被拥塞控制模块控制.。后

8、来在Linux内核升级时，将重传逻辑从tCp_fastretrans_alert中剥离可以看到，只tcp_fastretrans_alert函数，该函数中就是例行的PRR降窗chafnueFFCPCAMflMEMAXf;了出来，但是那只是代码结构的调整，整个非Open状态依然是skip-节羽竭&FlAG_SKWPATHi鵲曲州町hp-iw_sn1_vuHNtT_fflicsk_ca_ops-cong_control)icsk-icsk_ca_ops-cong_control(sk,rs);/然后直接返回。return;/常规的逻辑。类似CUBIC等算法均会调用常规逻辑。if(tcp_in_cw

9、nd_reduction(sk)/*Reducecwndifstatemandates*/tcp_cwnd_reduction(sk,acked_sacked,1);elseif(tcp_may_raise_cwnd(sk,flag)/*Advancecwndifstateallows*/tcp_cong_avoid(sk,ack,prior_in_flight);tcp_update_pacing_rate(sk);我认为，抛开BBR算法本身不谈，以上逻辑的引入是BBR为LinuxTCP实现带来的最有价值礼物。这个大礼包中最重要的也许要算structrate_sample参数了。我们看下这个

10、参数包含什么：/*Aratesamplemeasuresthenumberof(original/retransmitted)datapacketsdelivereddeliveredoveranintervaloftimeinterval_us.Thetcp_rate.ccodefillsintheratesample,andcongestioncontrolmodulesthatdefineacong_controlfunctiontorunattheendofACKprocessingcanoptionallychosetoconsultthissamplewhensettingcwnd

11、andpacingrate.Asampleisinvalidifdeliveredorinterval_usisnegative.*/structrate_samplestructskb_mstampprior_mstamp;/*startingtimestampforinterval*/u32prior_delivered;/*tp-deliveredatprior_mstamp*/s32delivered;/*numberofpacketsdeliveredoverinterval*/longinterval_us;/*timefortp-deliveredtoincrdelivered*

12、/longrtt_us;/*RTToflast(S)ACKedpacket(or-1)*/intlosses;/*numberofpacketsmarkedlostuponACK*/u32acked_sacked;/*numberofpacketsnewly(S)ACKeduponACK*/u32prior_in_flight;/*inflightbeforethisACK*/boolis_app_limited;/*issamplefrompacketwithbubbleinpipe?*/boolis_retrans;/*issamplefromretransmission?*/；已经携带了

13、足够的注释，我就不解释了。对于Westwood而言，最重要的或许是acked_sacked参数了。好了，现在开始修改Westwood的实现：1.去掉既有的带宽统计逻辑：staticvoidtcp_westwood_event(structsock*sk,enumtcp_ca_eventevent)structtcp_sock*tp=tcp_sk(sk);structwestwood*w=inet_csk_ca(sk);switch(event)/*不再需要*/*caseCA_EVENT_FAST_ACK:westwood_fast_bw(sk);break;*/caseCA_EVENT_COM

14、PLETE_CWR:tp-snd_cwnd=tp-snd_ssthresh=tcp_westwood_bw_rttmin(sk);break;caseCA_EVENT_LOSS:tp-snd_ssthresh=tcp_westwood_bw_rttmin(sk);/*UpdateRTT_minwhennextackarrives*/w-reset_rtt_min=1;break;/*不再需要*/*caseCA_EVENT_SLOW_ACK:westwood_update_window(sk);w-bk+=westwood_acked_count(sk);update_rtt_min(w);br

15、eak;*/default:/*dontcare*/break;2加入新的回调函数和新的带宽统计逻辑2.1.加入一个新的回调staticstructtcp_congestion_opstcp_westwood_read_mostly=.init=tcp_westwood_init,.ssthresh=tcp_reno_ssthresh,.cong_collect=westwood_collect,.cong_avoid=tcp_reno_cong_avoid,添加一个新回调的用意在于不改变原有的BBR以及我修改过的CDG等算法的调用逻辑，因此在tcp_cong_control中需要增加对该回调

16、的调用：staticvoidtcp_cong_control(structsock*sk,u32ack,u32prior_in_flight,u32acked_sacked,intflag,conststructrate_sample*rs)conststructinet_connection_sock*icsk=inet_csk(sk);/新增了一个cong_control回调函数。在拥塞状态无关的情况下无条件接管所有的逻辑。if(icsk-icsk_ca_ops-cong_control)icsk-icsk_ca_ops-cong_control(sk,rs);/然后直接返回。return;if(icsk-icsk_ca_ops-cong_collect)icsk-icsk_ca_ops-cong_collect(sk,rs);/并不返回。fallthrough!/常规的逻辑。类似CUBIC等算法均会调用常规逻辑。2.2.实现新增的回