src/util/bandwidth.c

   1 /*
   2      This file is part of GNUnet.
   3      Copyright (C) 2010, 2013 GNUnet e.V.
   4
   5      GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
   6      it under the terms of the GNU General Public License as published
   7      by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
   8      option) any later version.
   9
  10      GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
  11      WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13      General Public License for more details.
  14
  15      You should have received a copy of the GNU General Public License
  16      along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
  17      Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor,
  18      Boston, MA 02110-1301, USA.
  19 */
  20
  21 /**
  22  * @file util/bandwidth.c
  23  * @brief functions related to bandwidth (unit)
  24  * @author Christian Grothoff
  25  */
  26 #include "platform.h"
  27 #include "gnunet_util_lib.h"
  28
  29
  30 #define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "util-bandwidth", __VA_ARGS__)
  31
  32 /**
  33  * Create a new bandwidth value.
  34  *
  35  * @param bytes_per_second value to create
  36  * @return the new bandwidth value
  37  */
  38 struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO
  39 GNUNET_BANDWIDTH_value_init (uint32_t bytes_per_second)
  40 {
  41   struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO ret;
  42
  43   ret.value__ = htonl (bytes_per_second);
  44   return ret;
  45 }
  46
  47
  48 /**
  49  * Compute the MIN of two bandwidth values.
  50  *
  51  * @param b1 first value
  52  * @param b2 second value
  53  * @return the min of b1 and b2
  54  */
  55 struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO
  56 GNUNET_BANDWIDTH_value_min (struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO b1,
  57                             struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO b2)
  58 {
  59   return
  60       GNUNET_BANDWIDTH_value_init (GNUNET_MIN
  61                                    (ntohl (b1.value__),
  62                                     ntohl (b2.value__)));
  63 }
  64
  65
  66 /**
  67  * Compute the MAX of two bandwidth values.
  68  *
  69  * @param b1 first value
  70  * @param b2 second value
  71  * @return the min of b1 and b2
  72  */
  73 struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO
  74 GNUNET_BANDWIDTH_value_max (struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO b1,
  75                             struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO b2)
  76 {
  77   return
  78       GNUNET_BANDWIDTH_value_init (GNUNET_MAX
  79                                    (ntohl (b1.value__),
  80                                     ntohl (b2.value__)));
  81 }
  82
  83
  84 /**
  85  * At the given bandwidth, calculate how much traffic will be
  86  * available until the given deadline.
  87  *
  88  * @param bps bandwidth
  89  * @param deadline when is the deadline
  90  * @return number of bytes available at bps until deadline
  91  */
  92 uint64_t
  93 GNUNET_BANDWIDTH_value_get_available_until (struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bps,
  94                                             struct GNUNET_TIME_Relative deadline)
  95 {
  96   uint64_t b;
  97
  98   b = ntohl (bps.value__);
  99   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 100        "Bandwidth has %llu bytes available until deadline in %s\n",
 101        (unsigned long long) ((b * deadline.rel_value_us + 500000LL) / 1000000LL),
 102        GNUNET_STRINGS_relative_time_to_string (deadline, GNUNET_YES));
 103   return (b * deadline.rel_value_us + 500000LL) / 1000000LL;
 104 }
 105
 106
 107 /**
 108  * At the given bandwidth, calculate how long it would take for
 109  * @a size bytes to be transmitted.
 110  *
 111  * @param bps bandwidth
 112  * @param size number of bytes we want to have available
 113  * @return how long it would take
 114  */
 115 struct GNUNET_TIME_Relative
 116 GNUNET_BANDWIDTH_value_get_delay_for (struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bps,
 117                                       uint64_t size)
 118 {
 119   uint64_t b;
 120   struct GNUNET_TIME_Relative ret;
 121
 122   b = ntohl (bps.value__);
 123   if (0 == b)
 124   {
 125     LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 126          "Bandwidth suggests delay of infinity (zero bandwidth)\n");
 127     return GNUNET_TIME_UNIT_FOREVER_REL;
 128   }
 129   ret.rel_value_us = size * 1000LL * 1000LL / b;
 130   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 131        "Bandwidth suggests delay of %s for %llu bytes of traffic\n",
 132        GNUNET_STRINGS_relative_time_to_string (ret, GNUNET_YES),
 133        (unsigned long long) size);
 134   return ret;
 135 }
 136
 137
 138 /**
 139  * Task run whenever we hit the bandwidth limit for a tracker.
 140  *
 141  * @param cls the `struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker`
 142  */
 143 static void
 144 excess_trigger (void *cls)
 145 {
 146   struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av = cls;
 147
 148   av->excess_task = NULL;
 149   if (NULL != av->excess_cb)
 150   {
 151     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 152                 "Notifying application about excess bandwidth\n");
 153     av->excess_cb (av->excess_cb_cls);
 154   }
 155 }
 156
 157
 158 /**
 159  * Recalculate when we might need to call the excess callback.
 160  */
 161 static void
 162 update_excess (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av)
 163 {
 164   struct GNUNET_TIME_Relative delay;
 165   struct GNUNET_TIME_Absolute now;
 166   uint64_t delta_time;
 167   uint64_t delta_avail;
 168   int64_t left_bytes;
 169   uint64_t max_carry;
 170   int64_t current_consumption;
 171
 172   if (NULL == av->excess_cb)
 173     return; /* nothing to do */
 174   now = GNUNET_TIME_absolute_get ();
 175   delta_time = now.abs_value_us - av->last_update__.abs_value_us;
 176   delta_avail =
 177       (delta_time * ((unsigned long long) av->available_bytes_per_s__) +
 178        500000LL) / 1000000LL;
 179   current_consumption = av->consumption_since_last_update__ - delta_avail;
 180   if (current_consumption > av->consumption_since_last_update__)
 181   {
 182     /* integer underflow, cap! */
 183     current_consumption = INT64_MIN;
 184   }
 185   /* negative current_consumption means that we have savings */
 186   max_carry = ((uint64_t) av->available_bytes_per_s__) * av->max_carry_s__;
 187   if (max_carry < GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE)
 188     max_carry = GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE;
 189   if (max_carry > INT64_MAX)
 190     max_carry = INT64_MAX;
 191   left_bytes = current_consumption + max_carry;
 192   if (left_bytes < current_consumption)
 193   {
 194     /* integer overflow, cap! */
 195     left_bytes = INT64_MAX;
 196   }
 197   /* left_bytes now contains the number of bytes needed until
 198      we have more savings than allowed */
 199   if (left_bytes < 0)
 200   {
 201     /* having excess already */
 202     delay = GNUNET_TIME_UNIT_ZERO;
 203   }
 204   else
 205   {
 206     double factor = 1.0 * left_bytes / (double) av->available_bytes_per_s__;
 207     delay = GNUNET_TIME_relative_saturating_multiply (GNUNET_TIME_UNIT_SECONDS,
 208                                                       (unsigned long long) factor);
 209   }
 210   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 211               "At %llu bps it will take us %s for %lld bytes to reach excess threshold\n",
 212               (unsigned long long) av->available_bytes_per_s__,
 213               GNUNET_STRINGS_relative_time_to_string (delay,
 214                                                       GNUNET_NO),
 215               (long long) left_bytes);
 216   if (NULL != av->excess_task)
 217     GNUNET_SCHEDULER_cancel (av->excess_task);
 218   av->excess_task = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (delay,
 219                                                   &excess_trigger,
 220                                                   av);
 221 }
 222
 223
 224 /**
 225  * Initialize bandwidth tracker.  Note that in addition to the
 226  * 'max_carry_s' limit, we also always allow at least
 227  * #GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE to accumulate.  So if the
 228  * bytes-per-second limit is so small that within 'max_carry_s' not
 229  * even #GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE is allowed to accumulate, it is
 230  * ignored and replaced by #GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE (which is in
 231  * bytes).
 232  *
 233  * To stop notifications about updates and excess callbacks use
 234  * #GNUNET_BANDWIDTH_tracker_notification_stop().
 235  *
 236  * @param av tracker to initialize
 237  * @param update_cb callback to notify a client about the tracker being updated
 238  * @param update_cb_cls cls for the callback
 239  * @param bytes_per_second_limit initial limit to assume
 240  * @param max_carry_s maximum number of seconds unused bandwidth
 241  *        may accumulate before it expires
 242  * @param excess_cb callback to notify if we have excess bandwidth
 243  * @param excess_cb_cls closure for @a excess_cb
 244  */
 245 void
 246 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_init2 (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av,
 247                                 GNUNET_BANDWIDTH_TrackerUpdateCallback update_cb,
 248                                 void *update_cb_cls,
 249                                 struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bytes_per_second_limit,
 250                                 uint32_t max_carry_s,
 251                                 GNUNET_BANDWIDTH_ExcessNotificationCallback excess_cb,
 252                                 void *excess_cb_cls)
 253 {
 254   av->update_cb = update_cb;
 255   av->update_cb_cls = update_cb_cls;
 256   av->consumption_since_last_update__ = 0;
 257   av->last_update__ = GNUNET_TIME_absolute_get ();
 258   av->available_bytes_per_s__ = ntohl (bytes_per_second_limit.value__);
 259   av->max_carry_s__ = max_carry_s;
 260   av->excess_cb = excess_cb;
 261   av->excess_cb_cls = excess_cb_cls;
 262   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 263        "Tracker %p initialized with %u Bps and max carry %u\n",
 264        av,
 265        (unsigned int) av->available_bytes_per_s__,
 266        (unsigned int) max_carry_s);
 267   update_excess (av);
 268 }
 269
 270
 271 /**
 272  * Initialize bandwidth tracker.  Note that in addition to the
 273  * 'max_carry_s' limit, we also always allow at least
 274  * #GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE to accumulate.  So if the
 275  * bytes-per-second limit is so small that within 'max_carry_s' not
 276  * even #GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE is allowed to accumulate, it is
 277  * ignored and replaced by #GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE (which is in
 278  * bytes).
 279  *
 280  * @param av tracker to initialize
 281  * @param update_cb callback to notify a client about the tracker being updated
 282  * @param update_cb_cls cls for the callback
 283  * @param bytes_per_second_limit initial limit to assume
 284  * @param max_carry_s maximum number of seconds unused bandwidth
 285  *        may accumulate before it expires
 286  */
 287 void
 288 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_init (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av,
 289                                GNUNET_BANDWIDTH_TrackerUpdateCallback update_cb,
 290                                void *update_cb_cls,
 291                                struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bytes_per_second_limit,
 292                                uint32_t max_carry_s)
 293 {
 294   GNUNET_BANDWIDTH_tracker_init2 (av, update_cb,
 295                                   update_cb_cls,
 296                                   bytes_per_second_limit,
 297                                   max_carry_s,
 298                                   NULL, NULL);
 299 }
 300
 301
 302 /**
 303  * Stop notifying about tracker updates and excess notifications
 304  *
 305  * @param av the respective trackers
 306  */
 307 void
 308 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_notification_stop (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av)
 309 {
 310   if (NULL != av->excess_task)
 311     GNUNET_SCHEDULER_cancel (av->excess_task);
 312   av->excess_task = NULL;
 313   av->excess_cb = NULL;
 314   av->excess_cb_cls = NULL;
 315   av->update_cb = NULL;
 316   av->update_cb_cls = NULL;
 317 }
 318
 319
 320 /**
 321  * Update the tracker, looking at the current time and
 322  * bandwidth consumption data.
 323  *
 324  * @param av tracker to update
 325  */
 326 static void
 327 update_tracker (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av)
 328 {
 329   struct GNUNET_TIME_Absolute now;
 330   struct GNUNET_TIME_Relative delta;
 331   uint64_t delta_time;
 332   uint64_t delta_avail;
 333   uint64_t left_bytes;
 334   uint64_t max_carry;
 335
 336   now = GNUNET_TIME_absolute_get ();
 337   delta_time = now.abs_value_us - av->last_update__.abs_value_us;
 338   delta_avail =
 339       (delta_time * ((unsigned long long) av->available_bytes_per_s__) +
 340        500000LL) / 1000000LL;
 341   av->consumption_since_last_update__ -= delta_avail;
 342   av->last_update__ = now;
 343   if (av->consumption_since_last_update__ < 0)
 344   {
 345     left_bytes = - av->consumption_since_last_update__;
 346     max_carry = ((unsigned long long) av->available_bytes_per_s__) *
 347                 av->max_carry_s__;
 348     if (max_carry < GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE)
 349       max_carry = GNUNET_SERVER_MAX_MESSAGE_SIZE;
 350     if (max_carry > INT64_MAX)
 351       max_carry = INT64_MAX;
 352     if (max_carry > left_bytes)
 353       av->consumption_since_last_update__ = - left_bytes;
 354     else
 355       av->consumption_since_last_update__ = - max_carry;
 356   }
 357   delta.rel_value_us = delta_time;
 358   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 359        "Tracker %p updated, consumption at %lld at %u Bps, last update was %s ago\n",
 360        av,
 361        (long long) av->consumption_since_last_update__,
 362        (unsigned int) av->available_bytes_per_s__,
 363        GNUNET_STRINGS_relative_time_to_string (delta,
 364                                                GNUNET_YES));
 365 }
 366
 367
 368 /**
 369  * Notify the tracker that a certain number of bytes of bandwidth have
 370  * been consumed.  Note that it is legal to consume bytes even if not
 371  * enough bandwidth is available (in that case,
 372  * #GNUNET_BANDWIDTH_tracker_get_delay may return non-zero delay values
 373  * even for a size of zero for a while).
 374  *
 375  * @param av tracker to update
 376  * @param size number of bytes consumed
 377  * @return #GNUNET_YES if this consumption is above the limit
 378  */
 379 int
 380 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_consume (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av,
 381                                   ssize_t size)
 382 {
 383   int64_t nc;
 384
 385   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 386        "Tracker %p consumes %d bytes\n",
 387        av,
 388        (int) size);
 389   if (size > 0)
 390   {
 391     nc = av->consumption_since_last_update__ + size;
 392     if (nc < av->consumption_since_last_update__)
 393     {
 394       /* integer overflow, very bad */
 395       GNUNET_break (0);
 396       return GNUNET_SYSERR;
 397     }
 398     av->consumption_since_last_update__ = nc;
 399     update_tracker (av);
 400     update_excess (av);
 401     if (av->consumption_since_last_update__ > 0)
 402     {
 403       LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 404            "Tracker %p consumption %llu bytes above limit\n",
 405            av,
 406            (unsigned long long) av->consumption_since_last_update__);
 407       return GNUNET_YES;
 408     }
 409   }
 410   else
 411   {
 412     nc = av->consumption_since_last_update__ + size;
 413     if (nc > av->consumption_since_last_update__)
 414     {
 415       /* integer underflow, very bad */
 416       GNUNET_break (0);
 417       return GNUNET_SYSERR;
 418     }
 419     av->consumption_since_last_update__ = nc;
 420     update_excess (av);
 421   }
 422   return GNUNET_NO;
 423 }
 424
 425
 426 /**
 427  * Compute how long we should wait until consuming 'size'
 428  * bytes of bandwidth in order to stay within the given
 429  * quota.
 430  *
 431  * @param av tracker to query
 432  * @param size number of bytes we would like to consume
 433  * @return time in ms to wait for consumption to be OK
 434  */
 435 struct GNUNET_TIME_Relative
 436 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_get_delay (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av,
 437                                     size_t size)
 438 {
 439   struct GNUNET_TIME_Relative ret;
 440   int64_t bytes_needed;
 441
 442   if (0 == av->available_bytes_per_s__)
 443   {
 444     LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 445          "Tracker %p delay is infinity\n", av);
 446     return GNUNET_TIME_UNIT_FOREVER_REL;
 447   }
 448   update_tracker (av);
 449   bytes_needed = size + av->consumption_since_last_update__;
 450   if (bytes_needed <= 0)
 451   {
 452     LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 453          "Tracker %p delay for %u bytes is zero\n", av,
 454          (unsigned int) size);
 455     return GNUNET_TIME_UNIT_ZERO;
 456   }
 457   ret.rel_value_us =
 458       (1000LL * 1000LL * bytes_needed) /
 459       (unsigned long long) av->available_bytes_per_s__;
 460   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 461        "Tracker %p delay for %u bytes is %s\n",
 462        av,
 463        (unsigned int) size,
 464        GNUNET_STRINGS_relative_time_to_string (ret, GNUNET_YES));
 465   return ret;
 466 }
 467
 468
 469 /**
 470  * Compute how many bytes are available for consumption right now.
 471  * quota.
 472  *
 473  * @param av tracker to query
 474  * @return number of bytes available for consumption right now
 475  */
 476 int64_t
 477 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_get_available (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av)
 478 {
 479   struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bps;
 480   uint64_t avail;
 481   int64_t used;
 482
 483   update_tracker (av);
 484   bps = GNUNET_BANDWIDTH_value_init (av->available_bytes_per_s__);
 485   avail =
 486       GNUNET_BANDWIDTH_value_get_available_until (bps,
 487                                                   GNUNET_TIME_absolute_get_duration
 488                                                   (av->last_update__));
 489   used = av->consumption_since_last_update__;
 490   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 491        "Tracker %p available bandwidth is %lld bytes\n", av,
 492        (long long) (int64_t) (avail - used));
 493   return (int64_t) (avail - used);
 494 }
 495
 496
 497 /**
 498  * Update quota of bandwidth tracker.
 499  *
 500  * @param av tracker to initialize
 501  * @param bytes_per_second_limit new limit to assume
 502  */
 503 void
 504 GNUNET_BANDWIDTH_tracker_update_quota (struct GNUNET_BANDWIDTH_Tracker *av,
 505                                        struct GNUNET_BANDWIDTH_Value32NBO bytes_per_second_limit)
 506 {
 507   uint32_t old_limit;
 508   uint32_t new_limit;
 509
 510   new_limit = ntohl (bytes_per_second_limit.value__);
 511   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
 512        "Tracker %p bandwidth changed to %u Bps\n", av,
 513        (unsigned int) new_limit);
 514   update_tracker (av);
 515   old_limit = av->available_bytes_per_s__;
 516   av->available_bytes_per_s__ = new_limit;
 517   if (NULL != av->update_cb)
 518     av->update_cb (av->update_cb_cls);
 519   if (old_limit > new_limit)
 520     update_tracker (av);        /* maximum excess might be less now */
 521   update_excess (av);
 522 }
 523
 524
 525 /* end of bandwidth.c */