/*      $NetBSD: altq_hfsc.c,v 1.31 2025/01/08 13:00:04 joe Exp $       */
/*      $KAME: altq_hfsc.c,v 1.26 2005/04/13 03:44:24 suz Exp $ */

/*
* Copyright (c) 1997-1999 Carnegie Mellon University. All Rights Reserved.
*
* Permission to use, copy, modify, and distribute this software and
* its documentation is hereby granted (including for commercial or
* for-profit use), provided that both the copyright notice and this
* permission notice appear in all copies of the software, derivative
* works, or modified versions, and any portions thereof.
*
* THIS SOFTWARE IS EXPERIMENTAL AND IS KNOWN TO HAVE BUGS, SOME OF
* WHICH MAY HAVE SERIOUS CONSEQUENCES.  CARNEGIE MELLON PROVIDES THIS
* SOFTWARE IN ITS ``AS IS'' CONDITION, AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
* WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
* OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
* DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL CARNEGIE MELLON UNIVERSITY BE LIABLE
* FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
* CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
* OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR
* BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
* LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
* (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE
* USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH
* DAMAGE.
*
* Carnegie Mellon encourages (but does not require) users of this
* software to return any improvements or extensions that they make,
* and to grant Carnegie Mellon the rights to redistribute these
* changes without encumbrance.
*/
/*
* H-FSC is described in Proceedings of SIGCOMM'97,
* "A Hierarchical Fair Service Curve Algorithm for Link-Sharing,
* Real-Time and Priority Service"
* by Ion Stoica, Hui Zhang, and T. S. Eugene Ng.
*
* Oleg Cherevko <[email protected]> added the upperlimit for link-sharing.
* when a class has an upperlimit, the fit-time is computed from the
* upperlimit service curve.  the link-sharing scheduler does not schedule
* a class whose fit-time exceeds the current time.
*/

#include <sys/cdefs.h>
__KERNEL_RCSID(0, "$NetBSD: altq_hfsc.c,v 1.31 2025/01/08 13:00:04 joe Exp $");

#ifdef _KERNEL_OPT
#include "opt_altq.h"
#include "opt_inet.h"
#include "pf.h"
#endif

#ifdef ALTQ_HFSC  /* hfsc is enabled by ALTQ_HFSC option in opt_altq.h */

#include <sys/param.h>
#include <sys/malloc.h>
#include <sys/mbuf.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/systm.h>
#include <sys/errno.h>
#include <sys/queue.h>
#if 1 /* ALTQ3_COMPAT */
#include <sys/sockio.h>
#include <sys/proc.h>
#include <sys/kernel.h>
#endif /* ALTQ3_COMPAT */
#include <sys/kauth.h>

#include <net/if.h>
#include <netinet/in.h>

#if NPF > 0
#include <net/pfvar.h>
#endif
#include <altq/altq.h>
#include <altq/altq_hfsc.h>
#ifdef ALTQ3_COMPAT
#include <altq/altq_conf.h>
#endif

/*
* function prototypes
*/
static int                       hfsc_clear_interface(struct hfsc_if *);
static int                       hfsc_request(struct ifaltq *, int, void *);
static void                      hfsc_purge(struct hfsc_if *);
static struct hfsc_class        *hfsc_class_create(struct hfsc_if *,
   struct service_curve *, struct service_curve *, struct service_curve *,
   struct hfsc_class *, int, int, int);
static int                       hfsc_class_destroy(struct hfsc_class *);
static struct hfsc_class        *hfsc_nextclass(struct hfsc_class *);
static int                       hfsc_enqueue(struct ifaltq *, struct mbuf *);
static struct mbuf              *hfsc_dequeue(struct ifaltq *, int);

static int               hfsc_addq(struct hfsc_class *, struct mbuf *);
static struct mbuf      *hfsc_getq(struct hfsc_class *);
static struct mbuf      *hfsc_pollq(struct hfsc_class *);
static void              hfsc_purgeq(struct hfsc_class *);

static void              update_cfmin(struct hfsc_class *);
static void              set_active(struct hfsc_class *, int);
static void              set_passive(struct hfsc_class *);

static void              init_ed(struct hfsc_class *, int);
static void              update_ed(struct hfsc_class *, int);
static void              update_d(struct hfsc_class *, int);
static void              init_vf(struct hfsc_class *, int);
static void              update_vf(struct hfsc_class *, int, u_int64_t);
static ellist_t         *ellist_alloc(void);
static void              ellist_destroy(ellist_t *);
static void              ellist_insert(struct hfsc_class *);
static void              ellist_remove(struct hfsc_class *);
static void              ellist_update(struct hfsc_class *);
struct hfsc_class       *ellist_get_mindl(ellist_t *, u_int64_t);
static actlist_t        *actlist_alloc(void);
static void              actlist_destroy(actlist_t *);
static void              actlist_insert(struct hfsc_class *);
static void              actlist_remove(struct hfsc_class *);
static void              actlist_update(struct hfsc_class *);

static struct hfsc_class        *actlist_firstfit(struct hfsc_class *,
                                   u_int64_t);

static inline u_int64_t seg_x2y(u_int64_t, u_int64_t);
static inline u_int64_t seg_y2x(u_int64_t, u_int64_t);
static inline u_int64_t m2sm(u_int);
static inline u_int64_t m2ism(u_int);
static inline u_int64_t d2dx(u_int);
static u_int                    sm2m(u_int64_t);
static u_int                    dx2d(u_int64_t);

static void             sc2isc(struct service_curve *, struct internal_sc *);
static void             rtsc_init(struct runtime_sc *, struct internal_sc *,
                           u_int64_t, u_int64_t);
static u_int64_t        rtsc_y2x(struct runtime_sc *, u_int64_t);
static u_int64_t        rtsc_x2y(struct runtime_sc *, u_int64_t);
static void             rtsc_min(struct runtime_sc *, struct internal_sc *,
                           u_int64_t, u_int64_t);

static void                      get_class_stats(struct hfsc_classstats *,
                                   struct hfsc_class *);
static struct hfsc_class        *clh_to_clp(struct hfsc_if *, u_int32_t);


#ifdef ALTQ3_COMPAT
static struct hfsc_if *hfsc_attach(struct ifaltq *, u_int);
static void hfsc_detach(struct hfsc_if *);
static int hfsc_class_modify(struct hfsc_class *, struct service_curve *,
   struct service_curve *, struct service_curve *);

static int hfsccmd_if_attach(struct hfsc_attach *);
static int hfsccmd_if_detach(struct hfsc_interface *);
static int hfsccmd_add_class(struct hfsc_add_class *);
static int hfsccmd_delete_class(struct hfsc_delete_class *);
static int hfsccmd_modify_class(struct hfsc_modify_class *);
static int hfsccmd_add_filter(struct hfsc_add_filter *);
static int hfsccmd_delete_filter(struct hfsc_delete_filter *);
static int hfsccmd_class_stats(struct hfsc_class_stats *);

altqdev_decl(hfsc);
#endif /* ALTQ3_COMPAT */

/*
* macros
*/
#define is_a_parent_class(cl)   ((cl)->cl_children != NULL)

#define HT_INFINITY     0xffffffffffffffffLL    /* infinite time value */

#ifdef ALTQ3_COMPAT
/* hif_list keeps all hfsc_if's allocated. */
static struct hfsc_if *hif_list = NULL;
#endif /* ALTQ3_COMPAT */

#if NPF > 0
int
hfsc_pfattach(struct pf_altq *a)
{
       struct ifnet *ifp;
       int s, error;

       if ((ifp = ifunit(a->ifname)) == NULL || a->altq_disc == NULL)
               return EINVAL;
       s = splnet();
       error = altq_attach(&ifp->if_snd, ALTQT_HFSC, a->altq_disc,
           hfsc_enqueue, hfsc_dequeue, hfsc_request, NULL, NULL);
       splx(s);
       return error;
}

int
hfsc_add_altq(struct pf_altq *a)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct ifnet *ifp;

       if ((ifp = ifunit(a->ifname)) == NULL)
               return EINVAL;
       if (!ALTQ_IS_READY(&ifp->if_snd))
               return ENODEV;

       hif = malloc(sizeof(struct hfsc_if), M_DEVBUF, M_WAITOK|M_ZERO);
       if (hif == NULL)
               return ENOMEM;

       hif->hif_eligible = ellist_alloc();
       if (hif->hif_eligible == NULL) {
               free(hif, M_DEVBUF);
               return ENOMEM;
       }

       hif->hif_ifq = &ifp->if_snd;

       /* keep the state in pf_altq */
       a->altq_disc = hif;

       return 0;
}

int
hfsc_remove_altq(struct pf_altq *a)
{
       struct hfsc_if *hif;

       if ((hif = a->altq_disc) == NULL)
               return EINVAL;
       a->altq_disc = NULL;

       (void)hfsc_clear_interface(hif);
       (void)hfsc_class_destroy(hif->hif_rootclass);

       ellist_destroy(hif->hif_eligible);

       free(hif, M_DEVBUF);

       return 0;
}

int
hfsc_add_queue(struct pf_altq *a)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl, *parent;
       struct hfsc_opts *opts;
       struct service_curve rtsc, lssc, ulsc;

       if ((hif = a->altq_disc) == NULL)
               return EINVAL;

       opts = &a->pq_u.hfsc_opts;

       if (a->parent_qid == HFSC_NULLCLASS_HANDLE &&
           hif->hif_rootclass == NULL)
               parent = NULL;
       else if ((parent = clh_to_clp(hif, a->parent_qid)) == NULL)
               return EINVAL;

       if (a->qid == 0)
               return EINVAL;

       if (clh_to_clp(hif, a->qid) != NULL)
               return EBUSY;

       rtsc.m1 = opts->rtsc_m1;
       rtsc.d  = opts->rtsc_d;
       rtsc.m2 = opts->rtsc_m2;
       lssc.m1 = opts->lssc_m1;
       lssc.d  = opts->lssc_d;
       lssc.m2 = opts->lssc_m2;
       ulsc.m1 = opts->ulsc_m1;
       ulsc.d  = opts->ulsc_d;
       ulsc.m2 = opts->ulsc_m2;

       cl = hfsc_class_create(hif, &rtsc, &lssc, &ulsc,
           parent, a->qlimit, opts->flags, a->qid);
       if (cl == NULL)
               return ENOMEM;

       return 0;
}

int
hfsc_remove_queue(struct pf_altq *a)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl;

       if ((hif = a->altq_disc) == NULL)
               return EINVAL;

       if ((cl = clh_to_clp(hif, a->qid)) == NULL)
               return EINVAL;

       return (hfsc_class_destroy(cl));
}

int
hfsc_getqstats(struct pf_altq *a, void *ubuf, int *nbytes)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl;
       struct hfsc_classstats stats;
       int error = 0;

       if ((hif = altq_lookup(a->ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       if ((cl = clh_to_clp(hif, a->qid)) == NULL)
               return EINVAL;

       if (*nbytes < sizeof(stats))
               return EINVAL;

       memset(&stats, 0, sizeof(stats));
       get_class_stats(&stats, cl);

       if ((error = copyout((void *)&stats, ubuf, sizeof(stats))) != 0)
               return error;
       *nbytes = sizeof(stats);
       return 0;
}
#endif /* NPF > 0 */

/*
* bring the interface back to the initial state by discarding
* all the filters and classes except the root class.
*/
static int
hfsc_clear_interface(struct hfsc_if *hif)
{
       struct hfsc_class       *cl;

#ifdef ALTQ3_COMPAT
       /* free the filters for this interface */
       acc_discard_filters(&hif->hif_classifier, NULL, 1);
#endif

       /* clear out the classes */
       while (hif->hif_rootclass != NULL &&
           (cl = hif->hif_rootclass->cl_children) != NULL) {
               /*
                * remove the first leaf class found in the hierarchy
                * then start over
                */
               for (; cl != NULL; cl = hfsc_nextclass(cl)) {
                       if (!is_a_parent_class(cl)) {
                               (void)hfsc_class_destroy(cl);
                               break;
                       }
               }
       }

       return 0;
}

static int
hfsc_request(struct ifaltq *ifq, int req, void *arg)
{
       struct hfsc_if  *hif = (struct hfsc_if *)ifq->altq_disc;

       switch (req) {
       case ALTRQ_PURGE:
               hfsc_purge(hif);
               break;
       }
       return 0;
}

/* discard all the queued packets on the interface */
static void
hfsc_purge(struct hfsc_if *hif)
{
       struct hfsc_class *cl;

       for (cl = hif->hif_rootclass; cl != NULL; cl = hfsc_nextclass(cl))
               if (!qempty(cl->cl_q))
                       hfsc_purgeq(cl);
       if (ALTQ_IS_ENABLED(hif->hif_ifq))
               hif->hif_ifq->ifq_len = 0;
}

struct hfsc_class *
hfsc_class_create(struct hfsc_if *hif, struct service_curve *rsc,
   struct service_curve *fsc, struct service_curve *usc,
   struct hfsc_class *parent, int qlimit, int flags, int qid)
{
       struct hfsc_class *cl, *p;
       int i, s;

       if (hif->hif_classes >= HFSC_MAX_CLASSES)
               return NULL;

#ifndef ALTQ_RED
       if (flags & HFCF_RED) {
#ifdef ALTQ_DEBUG
               printf("hfsc_class_create: RED not configured for HFSC!\n");
#endif
               return NULL;
       }
#endif

       cl = malloc(sizeof(struct hfsc_class), M_DEVBUF, M_WAITOK|M_ZERO);
       if (cl == NULL)
               return NULL;

       cl->cl_q = malloc(sizeof(class_queue_t), M_DEVBUF, M_WAITOK|M_ZERO);
       if (cl->cl_q == NULL)
               goto err_ret;

       cl->cl_actc = actlist_alloc();
       if (cl->cl_actc == NULL)
               goto err_ret;

       if (qlimit == 0)
               qlimit = 50;  /* use default */
       qlimit(cl->cl_q) = qlimit;
       qtype(cl->cl_q) = Q_DROPTAIL;
       qlen(cl->cl_q) = 0;
       cl->cl_flags = flags;
#ifdef ALTQ_RED
       if (flags & (HFCF_RED|HFCF_RIO)) {
               int red_flags, red_pkttime;
               u_int m2;

               m2 = 0;
               if (rsc != NULL && rsc->m2 > m2)
                       m2 = rsc->m2;
               if (fsc != NULL && fsc->m2 > m2)
                       m2 = fsc->m2;
               if (usc != NULL && usc->m2 > m2)
                       m2 = usc->m2;

               red_flags = 0;
               if (flags & HFCF_ECN)
                       red_flags |= REDF_ECN;
#ifdef ALTQ_RIO
               if (flags & HFCF_CLEARDSCP)
                       red_flags |= RIOF_CLEARDSCP;
#endif
               if (m2 < 8)
                       red_pkttime = 1000 * 1000 * 1000; /* 1 sec */
               else
                       red_pkttime = (int64_t)hif->hif_ifq->altq_ifp->if_mtu
                               * 1000 * 1000 * 1000 / (m2 / 8);
               if (flags & HFCF_RED) {
                       cl->cl_red = red_alloc(0, 0,
                           qlimit(cl->cl_q) * 10/100,
                           qlimit(cl->cl_q) * 30/100,
                           red_flags, red_pkttime);
                       if (cl->cl_red != NULL)
                               qtype(cl->cl_q) = Q_RED;
               }
#ifdef ALTQ_RIO
               else {
                       cl->cl_red = (red_t *)rio_alloc(0, NULL,
                           red_flags, red_pkttime);
                       if (cl->cl_red != NULL)
                               qtype(cl->cl_q) = Q_RIO;
               }
#endif
       }
#endif /* ALTQ_RED */

       if (rsc != NULL && (rsc->m1 != 0 || rsc->m2 != 0)) {
               cl->cl_rsc = malloc(sizeof(struct internal_sc), M_DEVBUF,
                   M_WAITOK|M_ZERO);
               if (cl->cl_rsc == NULL)
                       goto err_ret;
               sc2isc(rsc, cl->cl_rsc);
               rtsc_init(&cl->cl_deadline, cl->cl_rsc, 0, 0);
               rtsc_init(&cl->cl_eligible, cl->cl_rsc, 0, 0);
       }
       if (fsc != NULL && (fsc->m1 != 0 || fsc->m2 != 0)) {
               cl->cl_fsc = malloc(sizeof(struct internal_sc), M_DEVBUF,
                   M_WAITOK|M_ZERO);
               if (cl->cl_fsc == NULL)
                       goto err_ret;
               sc2isc(fsc, cl->cl_fsc);
               rtsc_init(&cl->cl_virtual, cl->cl_fsc, 0, 0);
       }
       if (usc != NULL && (usc->m1 != 0 || usc->m2 != 0)) {
               cl->cl_usc = malloc(sizeof(struct internal_sc), M_DEVBUF,
                   M_WAITOK|M_ZERO);
               if (cl->cl_usc == NULL)
                       goto err_ret;
               sc2isc(usc, cl->cl_usc);
               rtsc_init(&cl->cl_ulimit, cl->cl_usc, 0, 0);
       }

       cl->cl_id = hif->hif_classid++;
       cl->cl_handle = qid;
       cl->cl_hif = hif;
       cl->cl_parent = parent;

       s = splnet();
       hif->hif_classes++;

       /*
        * find a free slot in the class table.  if the slot matching
        * the lower bits of qid is free, use this slot.  otherwise,
        * use the first free slot.
        */
       i = qid % HFSC_MAX_CLASSES;
       if (hif->hif_class_tbl[i] == NULL)
               hif->hif_class_tbl[i] = cl;
       else {
               for (i = 0; i < HFSC_MAX_CLASSES; i++)
                       if (hif->hif_class_tbl[i] == NULL) {
                               hif->hif_class_tbl[i] = cl;
                               break;
                       }
               if (i == HFSC_MAX_CLASSES) {
                       splx(s);
                       goto err_ret;
               }
       }

       if (flags & HFCF_DEFAULTCLASS)
               hif->hif_defaultclass = cl;

       if (parent == NULL) {
               /* this is root class */
               hif->hif_rootclass = cl;
       } else {
               /* add this class to the children list of the parent */
               if ((p = parent->cl_children) == NULL)
                       parent->cl_children = cl;
               else {
                       while (p->cl_siblings != NULL)
                               p = p->cl_siblings;
                       p->cl_siblings = cl;
               }
       }
       splx(s);

       return cl;

err_ret:
       if (cl->cl_actc != NULL)
               actlist_destroy(cl->cl_actc);
       if (cl->cl_red != NULL) {
#ifdef ALTQ_RIO
               if (q_is_rio(cl->cl_q))
                       rio_destroy((rio_t *)cl->cl_red);
#endif
#ifdef ALTQ_RED
               if (q_is_red(cl->cl_q))
                       red_destroy(cl->cl_red);
#endif
       }
       if (cl->cl_fsc != NULL)
               free(cl->cl_fsc, M_DEVBUF);
       if (cl->cl_rsc != NULL)
               free(cl->cl_rsc, M_DEVBUF);
       if (cl->cl_usc != NULL)
               free(cl->cl_usc, M_DEVBUF);
       if (cl->cl_q != NULL)
               free(cl->cl_q, M_DEVBUF);
       free(cl, M_DEVBUF);
       return NULL;
}

static int
hfsc_class_destroy(struct hfsc_class *cl)
{
       int i, s;

       if (cl == NULL)
               return 0;

       if (is_a_parent_class(cl))
               return EBUSY;

       s = splnet();

#ifdef ALTQ3_COMPAT
       /* delete filters referencing to this class */
       acc_discard_filters(&cl->cl_hif->hif_classifier, cl, 0);
#endif /* ALTQ3_COMPAT */

       if (!qempty(cl->cl_q))
               hfsc_purgeq(cl);

       if (cl->cl_parent == NULL) {
               /* this is root class */
       } else {
               struct hfsc_class *p = cl->cl_parent->cl_children;

               if (p == cl)
                       cl->cl_parent->cl_children = cl->cl_siblings;
               else do {
                       if (p->cl_siblings == cl) {
                               p->cl_siblings = cl->cl_siblings;
                               break;
                       }
               } while ((p = p->cl_siblings) != NULL);
               ASSERT(p != NULL);
       }

       for (i = 0; i < HFSC_MAX_CLASSES; i++)
               if (cl->cl_hif->hif_class_tbl[i] == cl) {
                       cl->cl_hif->hif_class_tbl[i] = NULL;
                       break;
               }

       cl->cl_hif->hif_classes--;
       splx(s);

       actlist_destroy(cl->cl_actc);

       if (cl->cl_red != NULL) {
#ifdef ALTQ_RIO
               if (q_is_rio(cl->cl_q))
                       rio_destroy((rio_t *)cl->cl_red);
#endif
#ifdef ALTQ_RED
               if (q_is_red(cl->cl_q))
                       red_destroy(cl->cl_red);
#endif
       }

       if (cl == cl->cl_hif->hif_rootclass)
               cl->cl_hif->hif_rootclass = NULL;
       if (cl == cl->cl_hif->hif_defaultclass)
               cl->cl_hif->hif_defaultclass = NULL;

       if (cl->cl_usc != NULL)
               free(cl->cl_usc, M_DEVBUF);
       if (cl->cl_fsc != NULL)
               free(cl->cl_fsc, M_DEVBUF);
       if (cl->cl_rsc != NULL)
               free(cl->cl_rsc, M_DEVBUF);
       free(cl->cl_q, M_DEVBUF);
       free(cl, M_DEVBUF);

       return 0;
}

/*
* hfsc_nextclass returns the next class in the tree.
*   usage:
*      for (cl = hif->hif_rootclass; cl != NULL; cl = hfsc_nextclass(cl))
*              do_something;
*/
static struct hfsc_class *
hfsc_nextclass(struct hfsc_class *cl)
{
       if (cl->cl_children != NULL)
               cl = cl->cl_children;
       else if (cl->cl_siblings != NULL)
               cl = cl->cl_siblings;
       else {
               while ((cl = cl->cl_parent) != NULL)
                       if (cl->cl_siblings) {
                               cl = cl->cl_siblings;
                               break;
                       }
       }

       return cl;
}

/*
* hfsc_enqueue is an enqueue function to be registered to
* (*altq_enqueue) in struct ifaltq.
*/
static int
hfsc_enqueue(struct ifaltq *ifq, struct mbuf *m)
{
       struct altq_pktattr pktattr;
       struct hfsc_if  *hif = (struct hfsc_if *)ifq->altq_disc;
       struct hfsc_class *cl;
       struct m_tag *t;
       int len;

       /* grab class set by classifier */
       if ((m->m_flags & M_PKTHDR) == 0) {
               /* should not happen */
               printf("altq: packet for %s does not have pkthdr\n",
                   ifq->altq_ifp->if_xname);
               m_freem(m);
               return ENOBUFS;
       }
       cl = NULL;
       if ((t = m_tag_find(m, PACKET_TAG_ALTQ_QID)) != NULL)
               cl = clh_to_clp(hif, ((struct altq_tag *)(t+1))->qid);
#ifdef ALTQ3_COMPAT
       else if ((ifq->altq_flags & ALTQF_CLASSIFY))
               cl = m->m_pkthdr.pattr_class;
#endif
       if (cl == NULL || is_a_parent_class(cl)) {
               cl = hif->hif_defaultclass;
               if (cl == NULL) {
                       m_freem(m);
                       return (ENOBUFS);
               }
       }
#ifdef ALTQ3_COMPAT
       if (m->m_pkthdr.pattr_af != AF_UNSPEC) {
               pktattr.pattr_class = m->m_pkthdr.pattr_class;
               pktattr.pattr_af = m->m_pkthdr.pattr_af;
               pktattr.pattr_hdr = m->m_pkthdr.pattr_hdr;

               cl->cl_pktattr = &pktattr;  /* save proto hdr used by ECN */
       } else
#endif
               cl->cl_pktattr = NULL;
       len = m_pktlen(m);
       if (hfsc_addq(cl, m) != 0) {
               /* drop occurred.  mbuf was freed in hfsc_addq. */
               PKTCNTR_ADD(&cl->cl_stats.drop_cnt, len);
               return ENOBUFS;
       }
       IFQ_INC_LEN(ifq);
       cl->cl_hif->hif_packets++;

       /* successfully queued. */
       if (qlen(cl->cl_q) == 1)
               set_active(cl, m_pktlen(m));

       return 0;
}

/*
* hfsc_dequeue is a dequeue function to be registered to
* (*altq_dequeue) in struct ifaltq.
*
* note: ALTDQ_POLL returns the next packet without removing the packet
*      from the queue.  ALTDQ_REMOVE is a normal dequeue operation.
*      ALTDQ_REMOVE must return the same packet if called immediately
*      after ALTDQ_POLL.
*/
static struct mbuf *
hfsc_dequeue(struct ifaltq *ifq, int op)
{
       struct hfsc_if  *hif = (struct hfsc_if *)ifq->altq_disc;
       struct hfsc_class *cl;
       struct mbuf *m;
       int len, next_len;
       int realtime = 0;
       u_int64_t cur_time;

       if (hif->hif_packets == 0)
               /* no packet in the tree */
               return NULL;

       cur_time = read_machclk();

       if (op == ALTDQ_REMOVE && hif->hif_pollcache != NULL) {

               cl = hif->hif_pollcache;
               hif->hif_pollcache = NULL;
               /* check if the class was scheduled by real-time criteria */
               if (cl->cl_rsc != NULL)
                       realtime = (cl->cl_e <= cur_time);
       } else {
               /*
                * if there are eligible classes, use real-time criteria.
                * find the class with the minimum deadline among
                * the eligible classes.
                */
               if ((cl = ellist_get_mindl(hif->hif_eligible, cur_time))
                   != NULL) {
                       realtime = 1;
               } else {
#ifdef ALTQ_DEBUG
                       int fits = 0;
#endif
                       /*
                        * use link-sharing criteria
                        * get the class with the minimum vt in the hierarchy
                        */
                       cl = hif->hif_rootclass;
                       while (is_a_parent_class(cl)) {

                               cl = actlist_firstfit(cl, cur_time);
                               if (cl == NULL) {
#ifdef ALTQ_DEBUG
                                       if (fits > 0)
                                               printf("%d fit but none found\n",fits);
#endif
                                       return (NULL);
                               }
                               /*
                                * update parent's cl_cvtmin.
                                * don't update if the new vt is smaller.
                                */
                               if (cl->cl_parent->cl_cvtmin < cl->cl_vt)
                                       cl->cl_parent->cl_cvtmin = cl->cl_vt;
#ifdef ALTQ_DEBUG
                               fits++;
#endif
                       }
               }

               if (op == ALTDQ_POLL) {
                       hif->hif_pollcache = cl;
                       m = hfsc_pollq(cl);
                       return m;
               }
       }

       m = hfsc_getq(cl);
       if (m == NULL)
               panic("hfsc_dequeue:");
       len = m_pktlen(m);
       cl->cl_hif->hif_packets--;
       IFQ_DEC_LEN(ifq);
       PKTCNTR_ADD(&cl->cl_stats.xmit_cnt, len);

       update_vf(cl, len, cur_time);
       if (realtime)
               cl->cl_cumul += len;

       if (!qempty(cl->cl_q)) {
               if (cl->cl_rsc != NULL) {
                       /* update ed */
                       next_len = m_pktlen(qhead(cl->cl_q));

                       if (realtime)
                               update_ed(cl, next_len);
                       else
                               update_d(cl, next_len);
               }
       } else {
               /* the class becomes passive */
               set_passive(cl);
       }

       return m;
}

static int
hfsc_addq(struct hfsc_class *cl, struct mbuf *m)
{

#ifdef ALTQ_RIO
       if (q_is_rio(cl->cl_q))
               return rio_addq((rio_t *)cl->cl_red, cl->cl_q,
                               m, cl->cl_pktattr);
#endif
#ifdef ALTQ_RED
       if (q_is_red(cl->cl_q))
               return red_addq(cl->cl_red, cl->cl_q, m, cl->cl_pktattr);
#endif
       if (qlen(cl->cl_q) >= qlimit(cl->cl_q)) {
               m_freem(m);
               return -1;
       }

       if (cl->cl_flags & HFCF_CLEARDSCP)
               write_dsfield(m, cl->cl_pktattr, 0);

       _addq(cl->cl_q, m);

       return 0;
}

static struct mbuf *
hfsc_getq(struct hfsc_class *cl)
{
#ifdef ALTQ_RIO
       if (q_is_rio(cl->cl_q))
               return rio_getq((rio_t *)cl->cl_red, cl->cl_q);
#endif
#ifdef ALTQ_RED
       if (q_is_red(cl->cl_q))
               return red_getq(cl->cl_red, cl->cl_q);
#endif
       return _getq(cl->cl_q);
}

static struct mbuf *
hfsc_pollq(struct hfsc_class *cl)
{
       return qhead(cl->cl_q);
}

static void
hfsc_purgeq(struct hfsc_class *cl)
{
       struct mbuf *m;

       if (qempty(cl->cl_q))
               return;

       while ((m = _getq(cl->cl_q)) != NULL) {
               PKTCNTR_ADD(&cl->cl_stats.drop_cnt, m_pktlen(m));
               m_freem(m);
               cl->cl_hif->hif_packets--;
               IFQ_DEC_LEN(cl->cl_hif->hif_ifq);
       }
       ASSERT(qlen(cl->cl_q) == 0);

       update_vf(cl, 0, 0);    /* remove cl from the actlist */
       set_passive(cl);
}

static void
set_active(struct hfsc_class *cl, int len)
{
       if (cl->cl_rsc != NULL)
               init_ed(cl, len);
       if (cl->cl_fsc != NULL)
               init_vf(cl, len);

       cl->cl_stats.period++;
}

static void
set_passive(struct hfsc_class *cl)
{
       if (cl->cl_rsc != NULL)
               ellist_remove(cl);

       /*
        * actlist is now handled in update_vf() so that update_vf(cl, 0, 0)
        * needs to be called explicitly to remove a class from actlist
        */
}

static void
init_ed(struct hfsc_class *cl, int next_len)
{
       u_int64_t cur_time;

       cur_time = read_machclk();

       /* update the deadline curve */
       rtsc_min(&cl->cl_deadline, cl->cl_rsc, cur_time, cl->cl_cumul);

       /*
        * update the eligible curve.
        * for concave, it is equal to the deadline curve.
        * for convex, it is a linear curve with slope m2.
        */
       cl->cl_eligible = cl->cl_deadline;
       if (cl->cl_rsc->sm1 <= cl->cl_rsc->sm2) {
               cl->cl_eligible.dx = 0;
               cl->cl_eligible.dy = 0;
       }

       /* compute e and d */
       cl->cl_e = rtsc_y2x(&cl->cl_eligible, cl->cl_cumul);
       cl->cl_d = rtsc_y2x(&cl->cl_deadline, cl->cl_cumul + next_len);

       ellist_insert(cl);
}

static void
update_ed(struct hfsc_class *cl, int next_len)
{
       cl->cl_e = rtsc_y2x(&cl->cl_eligible, cl->cl_cumul);
       cl->cl_d = rtsc_y2x(&cl->cl_deadline, cl->cl_cumul + next_len);

       ellist_update(cl);
}

static void
update_d(struct hfsc_class *cl, int next_len)
{
       cl->cl_d = rtsc_y2x(&cl->cl_deadline, cl->cl_cumul + next_len);
}

static void
init_vf(struct hfsc_class *cl, int len)
{
       struct hfsc_class *max_cl, *p;
       u_int64_t vt, f, cur_time;
       int go_active;

       cur_time = 0;
       go_active = 1;
       for ( ; cl->cl_parent != NULL; cl = cl->cl_parent) {

               if (go_active && cl->cl_nactive++ == 0)
                       go_active = 1;
               else
                       go_active = 0;

               if (go_active) {
                       max_cl = actlist_last(cl->cl_parent->cl_actc);
                       if (max_cl != NULL) {
                               /*
                                * set vt to the average of the min and max
                                * classes.  if the parent's period didn't
                                * change, don't decrease vt of the class.
                                */
                               vt = max_cl->cl_vt;
                               if (cl->cl_parent->cl_cvtmin != 0)
                                       vt = (cl->cl_parent->cl_cvtmin + vt)/2;

                               if (cl->cl_parent->cl_vtperiod !=
                                   cl->cl_parentperiod || vt > cl->cl_vt)
                                       cl->cl_vt = vt;
                       } else {
                               /*
                                * first child for a new parent backlog period.
                                * add parent's cvtmax to vtoff of children
                                * to make a new vt (vtoff + vt) larger than
                                * the vt in the last period for all children.
                                */
                               vt = cl->cl_parent->cl_cvtmax;
                               for (p = cl->cl_parent->cl_children; p != NULL;
                                    p = p->cl_siblings)
                                       p->cl_vtoff += vt;
                               cl->cl_vt = 0;
                               cl->cl_parent->cl_cvtmax = 0;
                               cl->cl_parent->cl_cvtmin = 0;
                       }
                       cl->cl_initvt = cl->cl_vt;

                       /* update the virtual curve */
                       vt = cl->cl_vt + cl->cl_vtoff;
                       rtsc_min(&cl->cl_virtual, cl->cl_fsc, vt, cl->cl_total);
                       if (cl->cl_virtual.x == vt) {
                               cl->cl_virtual.x -= cl->cl_vtoff;
                               cl->cl_vtoff = 0;
                       }
                       cl->cl_vtadj = 0;

                       cl->cl_vtperiod++;  /* increment vt period */
                       cl->cl_parentperiod = cl->cl_parent->cl_vtperiod;
                       if (cl->cl_parent->cl_nactive == 0)
                               cl->cl_parentperiod++;
                       cl->cl_f = 0;

                       actlist_insert(cl);

                       if (cl->cl_usc != NULL) {
                               /* class has upper limit curve */
                               if (cur_time == 0)
                                       cur_time = read_machclk();

                               /* update the ulimit curve */
                               rtsc_min(&cl->cl_ulimit, cl->cl_usc, cur_time,
                                   cl->cl_total);
                               /* compute myf */
                               cl->cl_myf = rtsc_y2x(&cl->cl_ulimit,
                                   cl->cl_total);
                               cl->cl_myfadj = 0;
                       }
               }

               if (cl->cl_myf > cl->cl_cfmin)
                       f = cl->cl_myf;
               else
                       f = cl->cl_cfmin;
               if (f != cl->cl_f) {
                       cl->cl_f = f;
                       update_cfmin(cl->cl_parent);
               }
       }
}

static void
update_vf(struct hfsc_class *cl, int len, u_int64_t cur_time)
{
       u_int64_t f, myf_bound, delta;
       int go_passive;

       go_passive = qempty(cl->cl_q);

       for (; cl->cl_parent != NULL; cl = cl->cl_parent) {

               cl->cl_total += len;

               if (cl->cl_fsc == NULL || cl->cl_nactive == 0)
                       continue;

               if (go_passive && --cl->cl_nactive == 0)
                       go_passive = 1;
               else
                       go_passive = 0;

               if (go_passive) {
                       /* no more active child, going passive */

                       /* update cvtmax of the parent class */
                       if (cl->cl_vt > cl->cl_parent->cl_cvtmax)
                               cl->cl_parent->cl_cvtmax = cl->cl_vt;

                       /* remove this class from the vt list */
                       actlist_remove(cl);

                       update_cfmin(cl->cl_parent);

                       continue;
               }

               /*
                * update vt and f
                */
               cl->cl_vt = rtsc_y2x(&cl->cl_virtual, cl->cl_total)
                   - cl->cl_vtoff + cl->cl_vtadj;

               /*
                * if vt of the class is smaller than cvtmin,
                * the class was skipped in the past due to non-fit.
                * if so, we need to adjust vtadj.
                */
               if (cl->cl_vt < cl->cl_parent->cl_cvtmin) {
                       cl->cl_vtadj += cl->cl_parent->cl_cvtmin - cl->cl_vt;
                       cl->cl_vt = cl->cl_parent->cl_cvtmin;
               }

               /* update the vt list */
               actlist_update(cl);

               if (cl->cl_usc != NULL) {
                       cl->cl_myf = cl->cl_myfadj
                           + rtsc_y2x(&cl->cl_ulimit, cl->cl_total);

                       /*
                        * if myf lags behind by more than one clock tick
                        * from the current time, adjust myfadj to prevent
                        * a rate-limited class from going greedy.
                        * in a steady state under rate-limiting, myf
                        * fluctuates within one clock tick.
                        */
                       myf_bound = cur_time - machclk_per_tick;
                       if (cl->cl_myf < myf_bound) {
                               delta = cur_time - cl->cl_myf;
                               cl->cl_myfadj += delta;
                               cl->cl_myf += delta;
                       }
               }

               /* cl_f is max(cl_myf, cl_cfmin) */
               if (cl->cl_myf > cl->cl_cfmin)
                       f = cl->cl_myf;
               else
                       f = cl->cl_cfmin;
               if (f != cl->cl_f) {
                       cl->cl_f = f;
                       update_cfmin(cl->cl_parent);
               }
       }
}

static void
update_cfmin(struct hfsc_class *cl)
{
       struct hfsc_class *p;
       u_int64_t cfmin;

       if (TAILQ_EMPTY(cl->cl_actc)) {
               cl->cl_cfmin = 0;
               return;
       }
       cfmin = HT_INFINITY;
       TAILQ_FOREACH(p, cl->cl_actc, cl_actlist) {
               if (p->cl_f == 0) {
                       cl->cl_cfmin = 0;
                       return;
               }
               if (p->cl_f < cfmin)
                       cfmin = p->cl_f;
       }
       cl->cl_cfmin = cfmin;
}

/*
* TAILQ based ellist and actlist implementation
* (ion wanted to make a calendar queue based implementation)
*/
/*
* eligible list holds backlogged classes being sorted by their eligible times.
* there is one eligible list per interface.
*/

static ellist_t *
ellist_alloc(void)
{
       ellist_t *head;

       head = malloc(sizeof(ellist_t), M_DEVBUF, M_WAITOK);
       TAILQ_INIT(head);
       return head;
}

static void
ellist_destroy(ellist_t *head)
{
       free(head, M_DEVBUF);
}

static void
ellist_insert(struct hfsc_class *cl)
{
       struct hfsc_if  *hif = cl->cl_hif;
       struct hfsc_class *p;

       /* check the last entry first */
       if ((p = TAILQ_LAST(hif->hif_eligible, _eligible)) == NULL ||
           p->cl_e <= cl->cl_e) {
               TAILQ_INSERT_TAIL(hif->hif_eligible, cl, cl_ellist);
               return;
       }

       TAILQ_FOREACH(p, hif->hif_eligible, cl_ellist) {
               if (cl->cl_e < p->cl_e) {
                       TAILQ_INSERT_BEFORE(p, cl, cl_ellist);
                       return;
               }
       }
       ASSERT(0); /* should not reach here */
}

static void
ellist_remove(struct hfsc_class *cl)
{
       struct hfsc_if  *hif = cl->cl_hif;

       TAILQ_REMOVE(hif->hif_eligible, cl, cl_ellist);
}

static void
ellist_update(struct hfsc_class *cl)
{
       struct hfsc_if  *hif = cl->cl_hif;
       struct hfsc_class *p, *last;

       /*
        * the eligible time of a class increases monotonically.
        * if the next entry has a larger eligible time, nothing to do.
        */
       p = TAILQ_NEXT(cl, cl_ellist);
       if (p == NULL || cl->cl_e <= p->cl_e)
               return;

       /* check the last entry */
       last = TAILQ_LAST(hif->hif_eligible, _eligible);
       ASSERT(last != NULL);
       if (last->cl_e <= cl->cl_e) {
               TAILQ_REMOVE(hif->hif_eligible, cl, cl_ellist);
               TAILQ_INSERT_TAIL(hif->hif_eligible, cl, cl_ellist);
               return;
       }

       /*
        * the new position must be between the next entry
        * and the last entry
        */
       while ((p = TAILQ_NEXT(p, cl_ellist)) != NULL) {
               if (cl->cl_e < p->cl_e) {
                       TAILQ_REMOVE(hif->hif_eligible, cl, cl_ellist);
                       TAILQ_INSERT_BEFORE(p, cl, cl_ellist);
                       return;
               }
       }
       ASSERT(0); /* should not reach here */
}

/* find the class with the minimum deadline among the eligible classes */
struct hfsc_class *
ellist_get_mindl(ellist_t *head, u_int64_t cur_time)
{
       struct hfsc_class *p, *cl = NULL;

       TAILQ_FOREACH(p, head, cl_ellist) {
               if (p->cl_e > cur_time)
                       break;
               if (cl == NULL || p->cl_d < cl->cl_d)
                       cl = p;
       }
       return cl;
}

/*
* active children list holds backlogged child classes being sorted
* by their virtual time.
* each intermediate class has one active children list.
*/
static actlist_t *
actlist_alloc(void)
{
       actlist_t *head;

       head = malloc(sizeof(actlist_t), M_DEVBUF, M_WAITOK);
       TAILQ_INIT(head);
       return head;
}

static void
actlist_destroy(actlist_t *head)
{
       free(head, M_DEVBUF);
}
static void
actlist_insert(struct hfsc_class *cl)
{
       struct hfsc_class *p;

       /* check the last entry first */
       if ((p = TAILQ_LAST(cl->cl_parent->cl_actc, _active)) == NULL
           || p->cl_vt <= cl->cl_vt) {
               TAILQ_INSERT_TAIL(cl->cl_parent->cl_actc, cl, cl_actlist);
               return;
       }

       TAILQ_FOREACH(p, cl->cl_parent->cl_actc, cl_actlist) {
               if (cl->cl_vt < p->cl_vt) {
                       TAILQ_INSERT_BEFORE(p, cl, cl_actlist);
                       return;
               }
       }
       ASSERT(0); /* should not reach here */
}

static void
actlist_remove(struct hfsc_class *cl)
{
       TAILQ_REMOVE(cl->cl_parent->cl_actc, cl, cl_actlist);
}

static void
actlist_update(struct hfsc_class *cl)
{
       struct hfsc_class *p, *last;

       /*
        * the virtual time of a class increases monotonically during its
        * backlogged period.
        * if the next entry has a larger virtual time, nothing to do.
        */
       p = TAILQ_NEXT(cl, cl_actlist);
       if (p == NULL || cl->cl_vt < p->cl_vt)
               return;

       /* check the last entry */
       last = TAILQ_LAST(cl->cl_parent->cl_actc, _active);
       ASSERT(last != NULL);
       if (last->cl_vt <= cl->cl_vt) {
               TAILQ_REMOVE(cl->cl_parent->cl_actc, cl, cl_actlist);
               TAILQ_INSERT_TAIL(cl->cl_parent->cl_actc, cl, cl_actlist);
               return;
       }

       /*
        * the new position must be between the next entry
        * and the last entry
        */
       while ((p = TAILQ_NEXT(p, cl_actlist)) != NULL) {
               if (cl->cl_vt < p->cl_vt) {
                       TAILQ_REMOVE(cl->cl_parent->cl_actc, cl, cl_actlist);
                       TAILQ_INSERT_BEFORE(p, cl, cl_actlist);
                       return;
               }
       }
       ASSERT(0); /* should not reach here */
}

static struct hfsc_class *
actlist_firstfit(struct hfsc_class *cl, u_int64_t cur_time)
{
       struct hfsc_class *p;

       TAILQ_FOREACH(p, cl->cl_actc, cl_actlist) {
               if (p->cl_f <= cur_time)
                       return p;
       }
       return NULL;
}

/*
* service curve support functions
*
*  external service curve parameters
*      m: bits/sec
*      d: msec
*  internal service curve parameters
*      sm: (bytes/tsc_interval) << SM_SHIFT
*      ism: (tsc_count/byte) << ISM_SHIFT
*      dx: tsc_count
*
* SM_SHIFT and ISM_SHIFT are scaled in order to keep effective digits.
* we should be able to handle 100K-1Gbps linkspeed with 200Hz-1GHz CPU
* speed.  SM_SHIFT and ISM_SHIFT are selected to have at least 3 effective
* digits in decimal using the following table.
*
*  bits/sec    100Kbps     1Mbps     10Mbps     100Mbps    1Gbps
*  ----------+-------------------------------------------------------
*  bytes/nsec  12.5e-6    125e-6     1250e-6    12500e-6   125000e-6
*  sm(500MHz)  25.0e-6    250e-6     2500e-6    25000e-6   250000e-6
*  sm(200MHz)  62.5e-6    625e-6     6250e-6    62500e-6   625000e-6
*
*  nsec/byte   80000      8000       800        80         8
*  ism(500MHz) 40000      4000       400        40         4
*  ism(200MHz) 16000      1600       160        16         1.6
*/
#define SM_SHIFT        24
#define ISM_SHIFT       10

#define SM_MASK         ((1LL << SM_SHIFT) - 1)
#define ISM_MASK        ((1LL << ISM_SHIFT) - 1)

static inline u_int64_t
seg_x2y(u_int64_t x, u_int64_t sm)
{
       u_int64_t y;

       /*
        * compute
        *      y = x * sm >> SM_SHIFT
        * but divide it for the upper and lower bits to avoid overflow
        */
       y = (x >> SM_SHIFT) * sm + (((x & SM_MASK) * sm) >> SM_SHIFT);
       return y;
}

static inline u_int64_t
seg_y2x(u_int64_t y, u_int64_t ism)
{
       u_int64_t x;

       if (y == 0)
               x = 0;
       else if (ism == HT_INFINITY)
               x = HT_INFINITY;
       else {
               x = (y >> ISM_SHIFT) * ism
                   + (((y & ISM_MASK) * ism) >> ISM_SHIFT);
       }
       return x;
}

static inline u_int64_t
m2sm(u_int m)
{
       u_int64_t sm;

       sm = ((u_int64_t)m << SM_SHIFT) / 8 / machclk_freq;
       return sm;
}

static inline u_int64_t
m2ism(u_int m)
{
       u_int64_t ism;

       if (m == 0)
               ism = HT_INFINITY;
       else
               ism = ((u_int64_t)machclk_freq << ISM_SHIFT) * 8 / m;
       return ism;
}

static inline u_int64_t
d2dx(u_int d)
{
       u_int64_t dx;

       dx = ((u_int64_t)d * machclk_freq) / 1000;
       return dx;
}

static u_int
sm2m(u_int64_t sm)
{
       u_int64_t m;

       m = (sm * 8 * machclk_freq) >> SM_SHIFT;
       return ((u_int)m);
}

static u_int
dx2d(u_int64_t dx)
{
       u_int64_t d;

       d = dx * 1000 / machclk_freq;
       return ((u_int)d);
}

static void
sc2isc(struct service_curve *sc, struct internal_sc *isc)
{
       isc->sm1 = m2sm(sc->m1);
       isc->ism1 = m2ism(sc->m1);
       isc->dx = d2dx(sc->d);
       isc->dy = seg_x2y(isc->dx, isc->sm1);
       isc->sm2 = m2sm(sc->m2);
       isc->ism2 = m2ism(sc->m2);
}

/*
* initialize the runtime service curve with the given internal
* service curve starting at (x, y).
*/
static void
rtsc_init(struct runtime_sc *rtsc, struct internal_sc * isc, u_int64_t x,
   u_int64_t y)
{
       rtsc->x =       x;
       rtsc->y =       y;
       rtsc->sm1 =     isc->sm1;
       rtsc->ism1 =    isc->ism1;
       rtsc->dx =      isc->dx;
       rtsc->dy =      isc->dy;
       rtsc->sm2 =     isc->sm2;
       rtsc->ism2 =    isc->ism2;
}

/*
* calculate the y-projection of the runtime service curve by the
* given x-projection value
*/
static u_int64_t
rtsc_y2x(struct runtime_sc *rtsc, u_int64_t y)
{
       u_int64_t       x;

       if (y < rtsc->y)
               x = rtsc->x;
       else if (y <= rtsc->y + rtsc->dy) {
               /* x belongs to the 1st segment */
               if (rtsc->dy == 0)
                       x = rtsc->x + rtsc->dx;
               else
                       x = rtsc->x + seg_y2x(y - rtsc->y, rtsc->ism1);
       } else {
               /* x belongs to the 2nd segment */
               x = rtsc->x + rtsc->dx
                   + seg_y2x(y - rtsc->y - rtsc->dy, rtsc->ism2);
       }
       return x;
}

static u_int64_t
rtsc_x2y(struct runtime_sc *rtsc, u_int64_t x)
{
       u_int64_t       y;

       if (x <= rtsc->x)
               y = rtsc->y;
       else if (x <= rtsc->x + rtsc->dx)
               /* y belongs to the 1st segment */
               y = rtsc->y + seg_x2y(x - rtsc->x, rtsc->sm1);
       else
               /* y belongs to the 2nd segment */
               y = rtsc->y + rtsc->dy
                   + seg_x2y(x - rtsc->x - rtsc->dx, rtsc->sm2);
       return y;
}

/*
* update the runtime service curve by taking the minimum of the current
* runtime service curve and the service curve starting at (x, y).
*/
static void
rtsc_min(struct runtime_sc *rtsc, struct internal_sc *isc, u_int64_t x,
   u_int64_t y)
{
       u_int64_t       y1, y2, dx, dy;

       if (isc->sm1 <= isc->sm2) {
               /* service curve is convex */
               y1 = rtsc_x2y(rtsc, x);
               if (y1 < y)
                       /* the current rtsc is smaller */
                       return;
               rtsc->x = x;
               rtsc->y = y;
               return;
       }

       /*
        * service curve is concave
        * compute the two y values of the current rtsc
        *      y1: at x
        *      y2: at (x + dx)
        */
       y1 = rtsc_x2y(rtsc, x);
       if (y1 <= y) {
               /* rtsc is below isc, no change to rtsc */
               return;
       }

       y2 = rtsc_x2y(rtsc, x + isc->dx);
       if (y2 >= y + isc->dy) {
               /* rtsc is above isc, replace rtsc by isc */
               rtsc->x = x;
               rtsc->y = y;
               rtsc->dx = isc->dx;
               rtsc->dy = isc->dy;
               return;
       }

       /*
        * the two curves intersect
        * compute the offsets (dx, dy) using the reverse
        * function of seg_x2y()
        *      seg_x2y(dx, sm1) == seg_x2y(dx, sm2) + (y1 - y)
        */
       dx = ((y1 - y) << SM_SHIFT) / (isc->sm1 - isc->sm2);
       /*
        * check if (x, y1) belongs to the 1st segment of rtsc.
        * if so, add the offset.
        */
       if (rtsc->x + rtsc->dx > x)
               dx += rtsc->x + rtsc->dx - x;
       dy = seg_x2y(dx, isc->sm1);

       rtsc->x = x;
       rtsc->y = y;
       rtsc->dx = dx;
       rtsc->dy = dy;
       return;
}

static void
get_class_stats(struct hfsc_classstats *sp, struct hfsc_class *cl)
{
       sp->class_id = cl->cl_id;
       sp->class_handle = cl->cl_handle;

       if (cl->cl_rsc != NULL) {
               sp->rsc.m1 = sm2m(cl->cl_rsc->sm1);
               sp->rsc.d = dx2d(cl->cl_rsc->dx);
               sp->rsc.m2 = sm2m(cl->cl_rsc->sm2);
       } else {
               sp->rsc.m1 = 0;
               sp->rsc.d = 0;
               sp->rsc.m2 = 0;
       }
       if (cl->cl_fsc != NULL) {
               sp->fsc.m1 = sm2m(cl->cl_fsc->sm1);
               sp->fsc.d = dx2d(cl->cl_fsc->dx);
               sp->fsc.m2 = sm2m(cl->cl_fsc->sm2);
       } else {
               sp->fsc.m1 = 0;
               sp->fsc.d = 0;
               sp->fsc.m2 = 0;
       }
       if (cl->cl_usc != NULL) {
               sp->usc.m1 = sm2m(cl->cl_usc->sm1);
               sp->usc.d = dx2d(cl->cl_usc->dx);
               sp->usc.m2 = sm2m(cl->cl_usc->sm2);
       } else {
               sp->usc.m1 = 0;
               sp->usc.d = 0;
               sp->usc.m2 = 0;
       }

       sp->total = cl->cl_total;
       sp->cumul = cl->cl_cumul;

       sp->d = cl->cl_d;
       sp->e = cl->cl_e;
       sp->vt = cl->cl_vt;
       sp->f = cl->cl_f;

       sp->initvt = cl->cl_initvt;
       sp->vtperiod = cl->cl_vtperiod;
       sp->parentperiod = cl->cl_parentperiod;
       sp->nactive = cl->cl_nactive;
       sp->vtoff = cl->cl_vtoff;
       sp->cvtmax = cl->cl_cvtmax;
       sp->myf = cl->cl_myf;
       sp->cfmin = cl->cl_cfmin;
       sp->cvtmin = cl->cl_cvtmin;
       sp->myfadj = cl->cl_myfadj;
       sp->vtadj = cl->cl_vtadj;

       sp->cur_time = read_machclk();
       sp->machclk_freq = machclk_freq;

       sp->qlength = qlen(cl->cl_q);
       sp->qlimit = qlimit(cl->cl_q);
       sp->xmit_cnt = cl->cl_stats.xmit_cnt;
       sp->drop_cnt = cl->cl_stats.drop_cnt;
       sp->period = cl->cl_stats.period;

       sp->qtype = qtype(cl->cl_q);
#ifdef ALTQ_RED
       if (q_is_red(cl->cl_q))
               red_getstats(cl->cl_red, &sp->red[0]);
#endif
#ifdef ALTQ_RIO
       if (q_is_rio(cl->cl_q))
               rio_getstats((rio_t *)cl->cl_red, &sp->red[0]);
#endif
}

/* convert a class handle to the corresponding class pointer */
static struct hfsc_class *
clh_to_clp(struct hfsc_if *hif, u_int32_t chandle)
{
       int i;
       struct hfsc_class *cl;

       if (chandle == 0)
               return NULL;
       /*
        * first, try optimistically the slot matching the lower bits of
        * the handle.  if it fails, do the linear table search.
        */
       i = chandle % HFSC_MAX_CLASSES;
       if ((cl = hif->hif_class_tbl[i]) != NULL && cl->cl_handle == chandle)
               return cl;
       for (i = 0; i < HFSC_MAX_CLASSES; i++)
               if ((cl = hif->hif_class_tbl[i]) != NULL &&
                   cl->cl_handle == chandle)
                       return cl;
       return NULL;
}

#ifdef ALTQ3_COMPAT
static struct hfsc_if *
hfsc_attach(struct ifaltq *ifq, u_int bandwidth)
{
       struct hfsc_if *hif;

       hif = malloc(sizeof(struct hfsc_if), M_DEVBUF, M_WAITOK|M_ZERO);
       if (hif == NULL)
               return NULL;

       hif->hif_eligible = ellist_alloc();
       if (hif->hif_eligible == NULL) {
               free(hif, M_DEVBUF);
               return NULL;
       }

       hif->hif_ifq = ifq;

       /* add this state to the hfsc list */
       hif->hif_next = hif_list;
       hif_list = hif;

       return hif;
}

static void
hfsc_detach(struct hfsc_if *hif)
{
       (void)hfsc_clear_interface(hif);
       (void)hfsc_class_destroy(hif->hif_rootclass);

       /* remove this interface from the hif list */
       if (hif_list == hif)
               hif_list = hif->hif_next;
       else {
               struct hfsc_if *h;

               for (h = hif_list; h != NULL; h = h->hif_next)
                       if (h->hif_next == hif) {
                               h->hif_next = hif->hif_next;
                               break;
                       }
               ASSERT(h != NULL);
       }

       ellist_destroy(hif->hif_eligible);

       free(hif, M_DEVBUF);
}

static int
hfsc_class_modify(struct hfsc_class *cl, struct service_curve *rsc,
   struct service_curve *fsc, struct service_curve *usc)
{
       struct internal_sc *rsc_tmp, *fsc_tmp, *usc_tmp;
       u_int64_t cur_time;
       int s;

       rsc_tmp = fsc_tmp = usc_tmp = NULL;
       if (rsc != NULL && (rsc->m1 != 0 || rsc->m2 != 0) &&
           cl->cl_rsc == NULL) {
               rsc_tmp = malloc(sizeof(struct internal_sc), M_DEVBUF,
                   M_WAITOK);
               if (rsc_tmp == NULL)
                       return ENOMEM;
       }
       if (fsc != NULL && (fsc->m1 != 0 || fsc->m2 != 0) &&
           cl->cl_fsc == NULL) {
               fsc_tmp = malloc(sizeof(struct internal_sc), M_DEVBUF,
                   M_WAITOK);
               if (fsc_tmp == NULL)
                       return ENOMEM;
       }
       if (usc != NULL && (usc->m1 != 0 || usc->m2 != 0) &&
           cl->cl_usc == NULL) {
               usc_tmp = malloc(sizeof(struct internal_sc), M_DEVBUF,
                   M_WAITOK);
               if (usc_tmp == NULL)
                       return ENOMEM;
       }

       cur_time = read_machclk();
       s = splnet();

       if (rsc != NULL) {
               if (rsc->m1 == 0 && rsc->m2 == 0) {
                       if (cl->cl_rsc != NULL) {
                               if (!qempty(cl->cl_q))
                                       hfsc_purgeq(cl);
                               free(cl->cl_rsc, M_DEVBUF);
                               cl->cl_rsc = NULL;
                       }
               } else {
                       if (cl->cl_rsc == NULL)
                               cl->cl_rsc = rsc_tmp;
                       sc2isc(rsc, cl->cl_rsc);
                       rtsc_init(&cl->cl_deadline, cl->cl_rsc, cur_time,
                           cl->cl_cumul);
                       cl->cl_eligible = cl->cl_deadline;
                       if (cl->cl_rsc->sm1 <= cl->cl_rsc->sm2) {
                               cl->cl_eligible.dx = 0;
                               cl->cl_eligible.dy = 0;
                       }
               }
       }

       if (fsc != NULL) {
               if (fsc->m1 == 0 && fsc->m2 == 0) {
                       if (cl->cl_fsc != NULL) {
                               if (!qempty(cl->cl_q))
                                       hfsc_purgeq(cl);
                               free(cl->cl_fsc, M_DEVBUF);
                               cl->cl_fsc = NULL;
                       }
               } else {
                       if (cl->cl_fsc == NULL)
                               cl->cl_fsc = fsc_tmp;
                       sc2isc(fsc, cl->cl_fsc);
                       rtsc_init(&cl->cl_virtual, cl->cl_fsc, cl->cl_vt,
                           cl->cl_total);
               }
       }

       if (usc != NULL) {
               if (usc->m1 == 0 && usc->m2 == 0) {
                       if (cl->cl_usc != NULL) {
                               free(cl->cl_usc, M_DEVBUF);
                               cl->cl_usc = NULL;
                               cl->cl_myf = 0;
                       }
               } else {
                       if (cl->cl_usc == NULL)
                               cl->cl_usc = usc_tmp;
                       sc2isc(usc, cl->cl_usc);
                       rtsc_init(&cl->cl_ulimit, cl->cl_usc, cur_time,
                           cl->cl_total);
               }
       }

       if (!qempty(cl->cl_q)) {
               if (cl->cl_rsc != NULL)
                       update_ed(cl, m_pktlen(qhead(cl->cl_q)));
               if (cl->cl_fsc != NULL)
                       update_vf(cl, 0, cur_time);
               /* is this enough? */
       }

       splx(s);

       return 0;
}

/*
* hfsc device interface
*/
int
hfscopen(dev_t dev, int flag, int fmt,
   struct lwp *l)
{
       if (machclk_freq == 0)
               init_machclk();

       if (machclk_freq == 0) {
               printf("hfsc: no CPU clock available!\n");
               return ENXIO;
       }

       /* everything will be done when the queueing scheme is attached. */
       return 0;
}

int
hfscclose(dev_t dev, int flag, int fmt,
   struct lwp *l)
{
       struct hfsc_if *hif;

       while ((hif = hif_list) != NULL) {
               /* destroy all */
               if (ALTQ_IS_ENABLED(hif->hif_ifq))
                       altq_disable(hif->hif_ifq);

               int error = altq_detach(hif->hif_ifq);
               switch (error) {
               case 0:
               case ENXIO:     /* already disabled */
                       break;
               default:
                       return error;
               }
               hfsc_detach(hif);
       }

       return 0;
}

int
hfscioctl(dev_t dev, ioctlcmd_t cmd, void *addr, int flag,
   struct lwp *l)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_interface *ifacep;
       int     error = 0;

       /* check super-user privilege */
       switch (cmd) {
       case HFSC_GETSTATS:
               break;
       default:
               if ((error = kauth_authorize_network(l->l_cred,
                   KAUTH_NETWORK_ALTQ, KAUTH_REQ_NETWORK_ALTQ_HFSC, NULL,
                   NULL, NULL)) != 0)
                       return error;
               break;
       }

       switch (cmd) {

       case HFSC_IF_ATTACH:
               error = hfsccmd_if_attach((struct hfsc_attach *)addr);
               break;

       case HFSC_IF_DETACH:
               error = hfsccmd_if_detach((struct hfsc_interface *)addr);
               break;

       case HFSC_ENABLE:
       case HFSC_DISABLE:
       case HFSC_CLEAR_HIERARCHY:
               ifacep = (struct hfsc_interface *)addr;
               if ((hif = altq_lookup(ifacep->hfsc_ifname,
                                      ALTQT_HFSC)) == NULL) {
                       error = EBADF;
                       break;
               }

               switch (cmd) {

               case HFSC_ENABLE:
                       if (hif->hif_defaultclass == NULL) {
#ifdef ALTQ_DEBUG
                               printf("hfsc: no default class\n");
#endif
                               error = EINVAL;
                               break;
                       }
                       error = altq_enable(hif->hif_ifq);
                       break;

               case HFSC_DISABLE:
                       error = altq_disable(hif->hif_ifq);
                       break;

               case HFSC_CLEAR_HIERARCHY:
                       hfsc_clear_interface(hif);
                       break;
               }
               break;

       case HFSC_ADD_CLASS:
               error = hfsccmd_add_class((struct hfsc_add_class *)addr);
               break;

       case HFSC_DEL_CLASS:
               error = hfsccmd_delete_class((struct hfsc_delete_class *)addr);
               break;

       case HFSC_MOD_CLASS:
               error = hfsccmd_modify_class((struct hfsc_modify_class *)addr);
               break;

       case HFSC_ADD_FILTER:
               error = hfsccmd_add_filter((struct hfsc_add_filter *)addr);
               break;

       case HFSC_DEL_FILTER:
               error = hfsccmd_delete_filter((struct hfsc_delete_filter *)addr);
               break;

       case HFSC_GETSTATS:
               error = hfsccmd_class_stats((struct hfsc_class_stats *)addr);
               break;

       default:
               error = EINVAL;
               break;
       }
       return error;
}

static int
hfsccmd_if_attach(struct hfsc_attach *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct ifnet *ifp;
       int error;

       if ((ifp = ifunit(ap->iface.hfsc_ifname)) == NULL)
               return ENXIO;

       if ((hif = hfsc_attach(&ifp->if_snd, ap->bandwidth)) == NULL)
               return ENOMEM;

       /*
        * set HFSC to this ifnet structure.
        */
       if ((error = altq_attach(&ifp->if_snd, ALTQT_HFSC, hif,
                                hfsc_enqueue, hfsc_dequeue, hfsc_request,
                                &hif->hif_classifier, acc_classify)) != 0)
               hfsc_detach(hif);

       return error;
}

static int
hfsccmd_if_detach(struct hfsc_interface *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       int error;

       if ((hif = altq_lookup(ap->hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       if (ALTQ_IS_ENABLED(hif->hif_ifq))
               altq_disable(hif->hif_ifq);

       if ((error = altq_detach(hif->hif_ifq)))
               return error;

       hfsc_detach(hif);
       return 0;
}

static int
hfsccmd_add_class(struct hfsc_add_class *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl, *parent;
       int     i;

       if ((hif = altq_lookup(ap->iface.hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       if (ap->parent_handle == HFSC_NULLCLASS_HANDLE &&
           hif->hif_rootclass == NULL)
               parent = NULL;
       else if ((parent = clh_to_clp(hif, ap->parent_handle)) == NULL)
               return EINVAL;

       /* assign a class handle (use a free slot number for now) */
       for (i = 1; i < HFSC_MAX_CLASSES; i++)
               if (hif->hif_class_tbl[i] == NULL)
                       break;
       if (i == HFSC_MAX_CLASSES)
               return EBUSY;

       if ((cl = hfsc_class_create(hif, &ap->service_curve, NULL, NULL,
           parent, ap->qlimit, ap->flags, i)) == NULL)
               return ENOMEM;

       /* return a class handle to the user */
       ap->class_handle = i;

       return 0;
}

static int
hfsccmd_delete_class(struct hfsc_delete_class *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl;

       if ((hif = altq_lookup(ap->iface.hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       if ((cl = clh_to_clp(hif, ap->class_handle)) == NULL)
               return EINVAL;

       return hfsc_class_destroy(cl);
}

static int
hfsccmd_modify_class(struct hfsc_modify_class *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl;
       struct service_curve *rsc = NULL;
       struct service_curve *fsc = NULL;
       struct service_curve *usc = NULL;

       if ((hif = altq_lookup(ap->iface.hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       if ((cl = clh_to_clp(hif, ap->class_handle)) == NULL)
               return EINVAL;

       if (ap->sctype & HFSC_REALTIMESC)
               rsc = &ap->service_curve;
       if (ap->sctype & HFSC_LINKSHARINGSC)
               fsc = &ap->service_curve;
       if (ap->sctype & HFSC_UPPERLIMITSC)
               usc = &ap->service_curve;

       return hfsc_class_modify(cl, rsc, fsc, usc);
}

static int
hfsccmd_add_filter(struct hfsc_add_filter *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl;

       if ((hif = altq_lookup(ap->iface.hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       if ((cl = clh_to_clp(hif, ap->class_handle)) == NULL)
               return EINVAL;

       if (is_a_parent_class(cl)) {
#ifdef ALTQ_DEBUG
               printf("hfsccmd_add_filter: not a leaf class!\n");
#endif
               return EINVAL;
       }

       return acc_add_filter(&hif->hif_classifier, &ap->filter,
                             cl, &ap->filter_handle);
}

static int
hfsccmd_delete_filter(struct hfsc_delete_filter *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;

       if ((hif = altq_lookup(ap->iface.hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       return acc_delete_filter(&hif->hif_classifier,
                                ap->filter_handle);
}

static int
hfsccmd_class_stats(struct hfsc_class_stats *ap)
{
       struct hfsc_if *hif;
       struct hfsc_class *cl;
       struct hfsc_classstats stats, *usp;
       int     n, nclasses, error;

       if ((hif = altq_lookup(ap->iface.hfsc_ifname, ALTQT_HFSC)) == NULL)
               return EBADF;

       ap->cur_time = read_machclk();
       ap->machclk_freq = machclk_freq;
       ap->hif_classes = hif->hif_classes;
       ap->hif_packets = hif->hif_packets;

       /* skip the first N classes in the tree */
       nclasses = ap->nskip;
       for (cl = hif->hif_rootclass, n = 0; cl != NULL && n < nclasses;
            cl = hfsc_nextclass(cl), n++)
               ;
       if (n != nclasses)
               return EINVAL;

       /* then, read the next N classes in the tree */
       nclasses = ap->nclasses;
       usp = ap->stats;
       for (n = 0; cl != NULL && n < nclasses; cl = hfsc_nextclass(cl), n++) {

               memset(&stats, 0, sizeof(stats));
               get_class_stats(&stats, cl);

               if ((error = copyout((void *)&stats, (void *)usp++,
                                    sizeof(stats))) != 0)
                       return error;
       }

       ap->nclasses = n;

       return 0;
}

#ifdef KLD_MODULE

static struct altqsw hfsc_sw =
       {"hfsc", hfscopen, hfscclose, hfscioctl};

ALTQ_MODULE(altq_hfsc, ALTQT_HFSC, &hfsc_sw);
MODULE_DEPEND(altq_hfsc, altq_red, 1, 1, 1);
MODULE_DEPEND(altq_hfsc, altq_rio, 1, 1, 1);

#endif /* KLD_MODULE */
#endif /* ALTQ3_COMPAT */

#endif /* ALTQ_HFSC */