datapath-windows: Rename switch context's nameHashArray and vport's nameLink login...
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "classifier.h"
19 #include <errno.h>
20 #include <netinet/in.h>
21 #include "byte-order.h"
22 #include "dynamic-string.h"
23 #include "flow.h"
24 #include "hash.h"
25 #include "cmap.h"
26 #include "list.h"
27 #include "odp-util.h"
28 #include "ofp-util.h"
29 #include "packets.h"
30 #include "tag.h"
31 #include "util.h"
32 #include "vlog.h"
33
34 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
35
36 struct trie_ctx;
37
38 /* Ports trie depends on both ports sharing the same ovs_be32. */
39 #define TP_PORTS_OFS32 (offsetof(struct flow, tp_src) / 4)
40 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 == offsetof(struct flow, tp_dst) / 4);
41
42 /* A set of rules that all have the same fields wildcarded. */
43 struct cls_subtable {
44     /* The fields are only used by writers and iterators. */
45     struct cmap_node cmap_node; /* Within struct classifier 'subtables_map'. */
46
47     /* The fields are only used by writers. */
48     int n_rules OVS_GUARDED;                /* Number of rules, including
49                                              * duplicates. */
50     unsigned int max_priority OVS_GUARDED;  /* Max priority of any rule in
51                                              * the subtable. */
52     unsigned int max_count OVS_GUARDED;     /* Count of max_priority rules. */
53
54     /* These fields are accessed by readers who care about wildcarding. */
55     tag_type tag;       /* Tag generated from mask for partitioning (const). */
56     uint8_t n_indices;                   /* How many indices to use (const). */
57     uint8_t index_ofs[CLS_MAX_INDICES];   /* u32 segment boundaries (const). */
58     unsigned int trie_plen[CLS_MAX_TRIES];  /* Trie prefix length in 'mask'
59                                              * (runtime configurable). */
60     int ports_mask_len;                     /* (const) */
61     struct cmap indices[CLS_MAX_INDICES];   /* Staged lookup indices. */
62     rcu_trie_ptr ports_trie;                /* NULL if none. */
63
64     /* These fields are accessed by all readers. */
65     struct cmap rules;                      /* Contains "struct cls_rule"s. */
66     struct minimask mask;                   /* Wildcards for fields (const). */
67     /* 'mask' must be the last field. */
68 };
69
70 /* Associates a metadata value (that is, a value of the OpenFlow 1.1+ metadata
71  * field) with tags for the "cls_subtable"s that contain rules that match that
72  * metadata value.  */
73 struct cls_partition {
74     struct cmap_node cmap_node; /* In struct classifier's 'partitions' map. */
75     ovs_be64 metadata;          /* metadata value for this partition. */
76     tag_type tags;              /* OR of each flow's cls_subtable tag. */
77     struct tag_tracker tracker OVS_GUARDED; /* Tracks the bits in 'tags'. */
78 };
79
80 /* Internal representation of a rule in a "struct cls_subtable". */
81 struct cls_match {
82     /* Accessed only by writers and iterators. */
83     struct list list OVS_GUARDED; /* List of identical, lower-priority rules. */
84
85     /* Accessed only by writers. */
86     struct cls_partition *partition OVS_GUARDED;
87
88     /* Accessed by readers interested in wildcarding. */
89     unsigned int priority;      /* Larger numbers are higher priorities. */
90     struct cmap_node index_nodes[CLS_MAX_INDICES]; /* Within subtable's
91                                                     * 'indices'. */
92     /* Accessed by all readers. */
93     struct cmap_node cmap_node; /* Within struct cls_subtable 'rules'. */
94     struct cls_rule *cls_rule;
95     struct miniflow flow;       /* Matching rule. Mask is in the subtable. */
96     /* 'flow' must be the last field. */
97 };
98
99 static struct cls_match *
100 cls_match_alloc(struct cls_rule *rule)
101 {
102     int count = count_1bits(rule->match.flow.map);
103
104     struct cls_match *cls_match
105         = xmalloc(sizeof *cls_match - sizeof cls_match->flow.inline_values
106                   + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
107
108     cls_match->cls_rule = rule;
109     miniflow_clone_inline(&cls_match->flow, &rule->match.flow, count);
110     cls_match->priority = rule->priority;
111     rule->cls_match = cls_match;
112
113     return cls_match;
114 }
115
116 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *cls,
117                                           const struct minimask *)
118     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
119 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *cls,
120                                             const struct minimask *)
121     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
122 static void destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *)
123     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
124 static struct cls_match *insert_rule(struct classifier *cls,
125                                      struct cls_subtable *, struct cls_rule *)
126     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
127
128 static struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
129                                        const struct flow *, struct trie_ctx *,
130                                        unsigned int n_tries,
131                                        struct flow_wildcards *);
132 static struct cls_match *find_equal(struct cls_subtable *,
133                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
134
135 /* Iterates RULE over HEAD and all of the cls_rules on HEAD->list.
136  * Classifier's mutex must be held while iterating, as the list is
137  * protoceted by it. */
138 #define FOR_EACH_RULE_IN_LIST(RULE, HEAD)                               \
139     for ((RULE) = (HEAD); (RULE) != NULL; (RULE) = next_rule_in_list(RULE))
140 #define FOR_EACH_RULE_IN_LIST_SAFE(RULE, NEXT, HEAD)                    \
141     for ((RULE) = (HEAD);                                               \
142          (RULE) != NULL && ((NEXT) = next_rule_in_list(RULE), true);    \
143          (RULE) = (NEXT))
144
145 static struct cls_match *next_rule_in_list__(struct cls_match *);
146 static struct cls_match *next_rule_in_list(struct cls_match *);
147
148 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
149                                             const struct mf_field *);
150 static void trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
151                       const struct mf_field *)
152     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
153 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
154                                 union mf_value *plens);
155 static unsigned int trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *,
156                                       const ovs_be32 value[], ovs_be32 plens[],
157                                       unsigned int value_bits);
158 static void trie_destroy(rcu_trie_ptr *);
159 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
160 static void trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
161                                int mlen);
162 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
163 static void trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
164                                int mlen);
165 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
166                                  unsigned int n_bits);
167 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
168                                  uint8_t be32ofs, unsigned int n_bits);
169 \f
170 /* flow/miniflow/minimask/minimatch utilities.
171  * These are only used by the classifier, so place them here to allow
172  * for better optimization. */
173
174 static inline uint64_t
175 miniflow_get_map_in_range(const struct miniflow *miniflow,
176                           uint8_t start, uint8_t end, unsigned int *offset)
177 {
178     uint64_t map = miniflow->map;
179     *offset = 0;
180
181     if (start > 0) {
182         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << start) - 1; /* 'start' LSBs set */
183         *offset = count_1bits(map & msk);
184         map &= ~msk;
185     }
186     if (end < FLOW_U32S) {
187         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << end) - 1; /* 'end' LSBs set */
188         map &= msk;
189     }
190     return map;
191 }
192
193 /* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
194  * 'mask', given 'basis'.
195  *
196  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
197  * miniflow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
198 static inline uint32_t
199 flow_hash_in_minimask(const struct flow *flow, const struct minimask *mask,
200                       uint32_t basis)
201 {
202     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
203     const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
204     const uint32_t *p = mask_values;
205     uint32_t hash;
206     uint64_t map;
207
208     hash = basis;
209     for (map = mask->masks.map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
210         hash = hash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
211     }
212
213     return hash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
214 }
215
216 /* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
217  * 'mask', given 'basis'.
218  *
219  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
220  * flow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
221 static inline uint32_t
222 miniflow_hash_in_minimask(const struct miniflow *flow,
223                           const struct minimask *mask, uint32_t basis)
224 {
225     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
226     const uint32_t *p = mask_values;
227     uint32_t hash = basis;
228     uint32_t flow_u32;
229
230     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(flow_u32, flow, mask->masks.map) {
231         hash = hash_add(hash, flow_u32 & *p++);
232     }
233
234     return hash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
235 }
236
237 /* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'flow',
238  * where there are 1-bits in 'mask', given 'hash'.
239  *
240  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
241  * minimatch_hash_range(), only the form of the arguments differ. */
242 static inline uint32_t
243 flow_hash_in_minimask_range(const struct flow *flow,
244                             const struct minimask *mask,
245                             uint8_t start, uint8_t end, uint32_t *basis)
246 {
247     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
248     const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
249     unsigned int offset;
250     uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
251                                              &offset);
252     const uint32_t *p = mask_values + offset;
253     uint32_t hash = *basis;
254
255     for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
256         hash = hash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
257     }
258
259     *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
260     return hash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
261 }
262
263 /* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask. */
264 static inline void
265 flow_wildcards_fold_minimask(struct flow_wildcards *wc,
266                              const struct minimask *mask)
267 {
268     flow_union_with_miniflow(&wc->masks, &mask->masks);
269 }
270
271 /* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask
272  * in range [start, end). */
273 static inline void
274 flow_wildcards_fold_minimask_range(struct flow_wildcards *wc,
275                                    const struct minimask *mask,
276                                    uint8_t start, uint8_t end)
277 {
278     uint32_t *dst_u32 = (uint32_t *)&wc->masks;
279     unsigned int offset;
280     uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
281                                              &offset);
282     const uint32_t *p = miniflow_get_u32_values(&mask->masks) + offset;
283
284     for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
285         dst_u32[raw_ctz(map)] |= *p++;
286     }
287 }
288
289 /* Returns a hash value for 'flow', given 'basis'. */
290 static inline uint32_t
291 miniflow_hash(const struct miniflow *flow, uint32_t basis)
292 {
293     const uint32_t *values = miniflow_get_u32_values(flow);
294     const uint32_t *p = values;
295     uint32_t hash = basis;
296     uint64_t hash_map = 0;
297     uint64_t map;
298
299     for (map = flow->map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
300         if (*p) {
301             hash = hash_add(hash, *p);
302             hash_map |= rightmost_1bit(map);
303         }
304         p++;
305     }
306     hash = hash_add(hash, hash_map);
307     hash = hash_add(hash, hash_map >> 32);
308
309     return hash_finish(hash, p - values);
310 }
311
312 /* Returns a hash value for 'mask', given 'basis'. */
313 static inline uint32_t
314 minimask_hash(const struct minimask *mask, uint32_t basis)
315 {
316     return miniflow_hash(&mask->masks, basis);
317 }
318
319 /* Returns a hash value for 'match', given 'basis'. */
320 static inline uint32_t
321 minimatch_hash(const struct minimatch *match, uint32_t basis)
322 {
323     return miniflow_hash(&match->flow, minimask_hash(&match->mask, basis));
324 }
325
326 /* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'minimatch',
327  * given 'basis'.
328  *
329  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
330  * flow_hash_in_minimask_range(), only the form of the arguments differ. */
331 static inline uint32_t
332 minimatch_hash_range(const struct minimatch *match, uint8_t start, uint8_t end,
333                      uint32_t *basis)
334 {
335     unsigned int offset;
336     const uint32_t *p, *q;
337     uint32_t hash = *basis;
338     int n, i;
339
340     n = count_1bits(miniflow_get_map_in_range(&match->mask.masks, start, end,
341                                               &offset));
342     q = miniflow_get_u32_values(&match->mask.masks) + offset;
343     p = miniflow_get_u32_values(&match->flow) + offset;
344
345     for (i = 0; i < n; i++) {
346         hash = hash_add(hash, p[i] & q[i]);
347     }
348     *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
349     return hash_finish(hash, (offset + n) * 4);
350 }
351
352 \f
353 /* cls_rule. */
354
355 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
356  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
357  * the definition of struct match.
358  *
359  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
360  *
361  * (OpenFlow uses priorities between 0 and UINT16_MAX, inclusive, but
362  * internally Open vSwitch supports a wider range.) */
363 void
364 cls_rule_init(struct cls_rule *rule,
365               const struct match *match, unsigned int priority)
366 {
367     minimatch_init(&rule->match, match);
368     rule->priority = priority;
369     rule->cls_match = NULL;
370 }
371
372 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
373 void
374 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
375                              const struct minimatch *match,
376                              unsigned int priority)
377 {
378     minimatch_clone(&rule->match, match);
379     rule->priority = priority;
380     rule->cls_match = NULL;
381 }
382
383 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
384  *
385  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
386 void
387 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
388 {
389     minimatch_clone(&dst->match, &src->match);
390     dst->priority = src->priority;
391     dst->cls_match = NULL;
392 }
393
394 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
395  *
396  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
397 void
398 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
399 {
400     minimatch_move(&dst->match, &src->match);
401     dst->priority = src->priority;
402     dst->cls_match = NULL;
403 }
404
405 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
406  * normally embedded into a larger structure).
407  *
408  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
409 void
410 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
411 {
412     ovs_assert(!rule->cls_match);
413     minimatch_destroy(&rule->match);
414 }
415
416 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
417  * false if they differ in some way. */
418 bool
419 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
420 {
421     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
422 }
423
424 /* Returns a hash value for 'rule', folding in 'basis'. */
425 uint32_t
426 cls_rule_hash(const struct cls_rule *rule, uint32_t basis)
427 {
428     return minimatch_hash(&rule->match, hash_int(rule->priority, basis));
429 }
430
431 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
432 void
433 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
434 {
435     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
436 }
437
438 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
439 bool
440 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
441 {
442     return minimask_is_catchall(&rule->match.mask);
443 }
444 \f
445 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
446  * rules. */
447 void
448 classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
449     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
450 {
451     ovs_mutex_init(&cls->mutex);
452     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
453     cls->n_rules = 0;
454     cmap_init(&cls->subtables_map);
455     pvector_init(&cls->subtables);
456     cmap_init(&cls->partitions);
457     cls->n_flow_segments = 0;
458     if (flow_segments) {
459         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
460                && *flow_segments < FLOW_U32S) {
461             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
462         }
463     }
464     cls->n_tries = 0;
465     for (int i = 0; i < CLS_MAX_TRIES; i++) {
466         trie_init(cls, i, NULL);
467     }
468     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
469 }
470
471 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
472  * caller's responsibility.
473  * May only be called after all the readers have been terminated. */
474 void
475 classifier_destroy(struct classifier *cls)
476     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
477 {
478     if (cls) {
479         struct cls_partition *partition;
480         struct cls_subtable *subtable;
481         int i;
482
483         ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
484         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
485             trie_destroy(&cls->tries[i].root);
486         }
487
488         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
489             destroy_subtable(cls, subtable);
490         }
491         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
492
493         CMAP_FOR_EACH (partition, cmap_node, &cls->partitions) {
494             ovsrcu_postpone(free, partition);
495         }
496         cmap_destroy(&cls->partitions);
497
498         pvector_destroy(&cls->subtables);
499         ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
500         ovs_mutex_destroy(&cls->mutex);
501     }
502 }
503
504 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
505 bool
506 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
507                              const enum mf_field_id *trie_fields,
508                              unsigned int n_fields)
509     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
510 {
511     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
512     struct mf_bitmap fields = MF_BITMAP_INITIALIZER;
513     int i, n_tries = 0;
514     bool changed = false;
515
516     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
517     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
518         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
519         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
520             /* Incompatible field.  This is the only place where we
521              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
522              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
523              * field length to be a multiple of 32 bits. */
524             continue;
525         }
526
527         if (bitmap_is_set(fields.bm, trie_fields[i])) {
528             /* Duplicate field, there is no need to build more than
529              * one index for any one field. */
530             continue;
531         }
532         bitmap_set1(fields.bm, trie_fields[i]);
533
534         new_fields[n_tries] = NULL;
535         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
536             new_fields[n_tries] = field;
537             changed = true;
538         }
539         n_tries++;
540     }
541
542     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
543         struct cls_subtable *subtable;
544
545         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
546          * for the tries that are changing and wait all the current readers
547          * with the old configuration to be done. */
548         changed = false;
549         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
550             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
551                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
552                     if (subtable->trie_plen[i]) {
553                         subtable->trie_plen[i] = 0;
554                         changed = true;
555                     }
556                 }
557             }
558         }
559         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
560          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
561         if (changed) {
562             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
563              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
564             ovsrcu_synchronize();
565         }
566
567         /* Now set up the tries. */
568         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
569             if (new_fields[i]) {
570                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
571             }
572         }
573         /* Destroy the rest, if any. */
574         for (; i < cls->n_tries; i++) {
575             trie_init(cls, i, NULL);
576         }
577
578         cls->n_tries = n_tries;
579         ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
580         return true;
581     }
582
583     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
584     return false; /* No change. */
585 }
586
587 static void
588 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
589     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
590 {
591     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
592     struct cls_subtable *subtable;
593
594     if (trie_idx < cls->n_tries) {
595         trie_destroy(&trie->root);
596     } else {
597         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
598     }
599     trie->field = field;
600
601     /* Add existing rules to the new trie. */
602     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
603         unsigned int plen;
604
605         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
606         if (plen) {
607             struct cls_match *head;
608
609             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
610                 struct cls_match *match;
611
612                 FOR_EACH_RULE_IN_LIST (match, head) {
613                     trie_insert(trie, match->cls_rule, plen);
614                 }
615             }
616         }
617         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
618          * allow readers to use the trie. */
619         atomic_thread_fence(memory_order_release);
620         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
621     }
622 }
623
624 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
625  * Checking the cmap requires no locking. */
626 bool
627 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
628 {
629     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
630 }
631
632 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
633 int
634 classifier_count(const struct classifier *cls)
635     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
636 {
637     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
638      * return either the old or a new value. */
639     return cls->n_rules;
640 }
641
642 static uint32_t
643 hash_metadata(ovs_be64 metadata_)
644 {
645     uint64_t metadata = (OVS_FORCE uint64_t) metadata_;
646     return hash_uint64(metadata);
647 }
648
649 static struct cls_partition *
650 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
651 {
652     struct cls_partition *partition;
653
654     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
655         if (partition->metadata == metadata) {
656             return partition;
657         }
658     }
659
660     return NULL;
661 }
662
663 static struct cls_partition *
664 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
665                  ovs_be64 metadata)
666     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
667 {
668     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
669     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
670     if (!partition) {
671         partition = xmalloc(sizeof *partition);
672         partition->metadata = metadata;
673         partition->tags = 0;
674         tag_tracker_init(&partition->tracker);
675         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
676     }
677     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
678     return partition;
679 }
680
681 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
682 {
683     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
684     return MINIFLOW_GET_BE32(&match->flow, tp_src)
685         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask.masks, tp_src);
686 }
687
688 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
689  * must not modify or free it.
690  *
691  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
692  * fixed fields, and priority), replaces the old rule by 'rule' and returns the
693  * rule that was replaced.  The caller takes ownership of the returned rule and
694  * is thus responsible for destroying it with cls_rule_destroy(), freeing the
695  * memory block in which it resides, etc., as necessary.
696  *
697  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
698  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
699  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
700  * superset of their flows and has higher priority. */
701 struct cls_rule *
702 classifier_replace(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
703     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
704 {
705     struct cls_match *old_rule;
706     struct cls_subtable *subtable;
707     struct cls_rule *old_cls_rule = NULL;
708
709     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
710     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
711     if (!subtable) {
712         subtable = insert_subtable(cls, &rule->match.mask);
713     }
714
715     old_rule = insert_rule(cls, subtable, rule);
716     if (!old_rule) {
717         old_cls_rule = NULL;
718
719         rule->cls_match->partition = NULL;
720         if (minimask_get_metadata_mask(&rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
721             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(&rule->match.flow);
722             rule->cls_match->partition = create_partition(cls, subtable,
723                                                           metadata);
724         }
725
726         cls->n_rules++;
727
728         for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
729             if (subtable->trie_plen[i]) {
730                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
731             }
732         }
733
734         /* Ports trie. */
735         if (subtable->ports_mask_len) {
736             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
737              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
738              * and they will always match (== their original value does not
739              * matter). */
740             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
741
742             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
743                                subtable->ports_mask_len);
744         }
745     } else {
746         old_cls_rule = old_rule->cls_rule;
747         rule->cls_match->partition = old_rule->partition;
748         old_cls_rule->cls_match = NULL;
749
750         /* 'old_rule' contains a cmap_node, which may not be freed
751          * immediately. */
752         ovsrcu_postpone(free, old_rule);
753     }
754     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
755     return old_cls_rule;
756 }
757
758 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
759  * must not modify or free it.
760  *
761  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
762  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
763  * such a rule. */
764 void
765 classifier_insert(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
766 {
767     struct cls_rule *displaced_rule = classifier_replace(cls, rule);
768     ovs_assert(!displaced_rule);
769 }
770
771 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
772  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
773  * resides, etc., as necessary. */
774 void
775 classifier_remove(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
776     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
777 {
778     struct cls_partition *partition;
779     struct cls_match *cls_match = rule->cls_match;
780     struct cls_match *head;
781     struct cls_subtable *subtable;
782     int i;
783     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
784     uint8_t prev_be32ofs = 0;
785
786     ovs_assert(cls_match);
787
788     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
789     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
790     ovs_assert(subtable);
791
792     if (subtable->ports_mask_len) {
793         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
794
795         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
796                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
797     }
798     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
799         if (subtable->trie_plen[i]) {
800             trie_remove(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
801         }
802     }
803
804     /* Remove rule node from indices. */
805     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
806         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be32ofs,
807                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
808         cmap_remove(&subtable->indices[i], &cls_match->index_nodes[i],
809                     ihash[i]);
810         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
811     }
812     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S, &basis);
813
814     head = find_equal(subtable, &rule->match.flow, hash);
815     if (head != cls_match) {
816         list_remove(&cls_match->list);
817     } else if (list_is_empty(&cls_match->list)) {
818         cmap_remove(&subtable->rules, &cls_match->cmap_node, hash);
819     } else {
820         struct cls_match *next = CONTAINER_OF(cls_match->list.next,
821                                               struct cls_match, list);
822
823         list_remove(&cls_match->list);
824         cmap_replace(&subtable->rules, &cls_match->cmap_node,
825                      &next->cmap_node, hash);
826     }
827
828     partition = cls_match->partition;
829     if (partition) {
830         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
831                              subtable->tag);
832         if (!partition->tags) {
833             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
834                         hash_metadata(partition->metadata));
835             ovsrcu_postpone(free, partition);
836         }
837     }
838
839     if (--subtable->n_rules == 0) {
840         destroy_subtable(cls, subtable);
841     } else if (subtable->max_priority == cls_match->priority
842                && --subtable->max_count == 0) {
843         /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
844         struct cls_match *head;
845         unsigned int max_priority = 0;
846
847         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
848             if (head->priority > max_priority) {
849                 max_priority = head->priority;
850                 subtable->max_count = 1;
851             } else if (head->priority == max_priority) {
852                 ++subtable->max_count;
853             }
854         }
855         subtable->max_priority = max_priority;
856         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
857     }
858
859     cls->n_rules--;
860
861     rule->cls_match = NULL;
862     ovsrcu_postpone(free, cls_match);
863     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
864 }
865
866 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
867  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
868  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
869  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
870  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
871  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
872 struct trie_ctx {
873     const struct cls_trie *trie;
874     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
875     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
876     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
877     union mf_value match_plens; /* Bitmask of prefix lengths with possible
878                                  * matches. */
879 };
880
881 static void
882 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
883 {
884     ctx->trie = trie;
885     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
886     ctx->lookup_done = false;
887 }
888
889 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow'.
890  * Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.  If multiple rules
891  * of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
892  *
893  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
894  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
895  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
896  * flow_wildcards_init_catchall()). */
897 struct cls_rule *
898 classifier_lookup(const struct classifier *cls, const struct flow *flow,
899                   struct flow_wildcards *wc)
900 {
901     const struct cls_partition *partition;
902     tag_type tags;
903     int64_t best_priority = -1;
904     const struct cls_match *best;
905     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
906     struct cls_subtable *subtable;
907
908     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
909      * when table configuration changes, which happens typically only on
910      * startup. */
911     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
912
913     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
914      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
915      *
916      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
917      *       'tags' for 'partition->tags'.
918      *
919      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
920      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
921      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
922      *
923      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
924      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
925      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
926      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
927      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
928      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
929      * need a special case.
930      */
931     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
932                  ? NULL
933                  : find_partition(cls, flow->metadata,
934                                   hash_metadata(flow->metadata)));
935     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
936
937     /* Initialize trie contexts for match_find_wc(). */
938     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
939         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
940     }
941
942     best = NULL;
943     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY(subtable, best_priority, 2,
944                               sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
945         struct cls_match *rule;
946
947         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
948             continue;
949         }
950
951         rule = find_match_wc(subtable, flow, trie_ctx, cls->n_tries, wc);
952         if (rule && (int64_t)rule->priority > best_priority) {
953             best_priority = (int64_t)rule->priority;
954             best = rule;
955         }
956     }
957
958     return best ? best->cls_rule : NULL;
959 }
960
961 /* Returns true if 'target' satisifies 'match', that is, if each bit for which
962  * 'match' specifies a particular value has the correct value in 'target'.
963  *
964  * 'flow' and 'mask' have the same mask! */
965 static bool
966 miniflow_and_mask_matches_miniflow(const struct miniflow *flow,
967                                    const struct minimask *mask,
968                                    const struct miniflow *target)
969 {
970     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
971     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
972     uint32_t target_u32;
973
974     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(target_u32, target, mask->masks.map) {
975         if ((*flowp++ ^ target_u32) & *maskp++) {
976             return false;
977         }
978     }
979
980     return true;
981 }
982
983 /* For each miniflow in 'flows' performs a classifier lookup writing the result
984  * into the corresponding slot in 'rules'.
985  *
986  * This function is optimized for use in the userspace datapath and therefore
987  * does not implement a lot of features available in the standard
988  * classifier_lookup() function.  Specifically, it does not implement
989  * priorities, instead returning any rule which matches the flow.
990  *
991  * Returns true if all flows found a corresponding rule. */
992 bool
993 classifier_lookup_miniflow_batch(const struct classifier *cls,
994                                  const struct miniflow *flows[],
995                                  struct cls_rule *rules[], const size_t cnt)
996 {
997     /* The batch size 16 was experimentally found faster than 8 or 32. */
998     typedef uint16_t map_type;
999 #define MAP_BITS (sizeof(map_type) * CHAR_BIT)
1000
1001     struct cls_subtable *subtable;
1002     const int n_maps = DIV_ROUND_UP(cnt, MAP_BITS);
1003
1004 #if !defined(__CHECKER__) && !defined(_WIN32)
1005     map_type maps[n_maps];
1006 #else
1007     map_type maps[DIV_ROUND_UP(CLASSIFIER_MAX_BATCH, MAP_BITS)];
1008     ovs_assert(n_maps <= CLASSIFIER_MAX_BATCH);
1009 #endif
1010     BUILD_ASSERT_DECL(sizeof *maps * CHAR_BIT == MAP_BITS);
1011
1012     memset(maps, 0xff, sizeof maps);
1013     if (cnt % MAP_BITS) {
1014         maps[n_maps - 1] >>= MAP_BITS - cnt % MAP_BITS; /* Clear extra bits. */
1015     }
1016     memset(rules, 0, cnt * sizeof *rules);
1017
1018     PVECTOR_FOR_EACH (subtable, &cls->subtables) {
1019         const struct miniflow **mfs = flows;
1020         struct cls_rule **results = rules;
1021         map_type remains = 0;
1022         int m;
1023
1024         BUILD_ASSERT_DECL(sizeof remains == sizeof *maps);
1025
1026         for (m = 0; m < n_maps; m++, mfs += MAP_BITS, results += MAP_BITS) {
1027             uint32_t hashes[MAP_BITS];
1028             const struct cmap_node *nodes[MAP_BITS];
1029             unsigned long map = maps[m];
1030             int i;
1031
1032             if (!map) {
1033                 continue; /* Skip empty ones. */
1034             }
1035
1036             /* Compute hashes for the unfound flows. */
1037             ULONG_FOR_EACH_1(i, map) {
1038                 hashes[i] = miniflow_hash_in_minimask(mfs[i], &subtable->mask,
1039                                                       0);
1040             }
1041             /* Lookup. */
1042             map = cmap_find_batch(&subtable->rules, map, hashes, nodes);
1043             /* Check results. */
1044             ULONG_FOR_EACH_1(i, map) {
1045                 struct cls_match *rule;
1046
1047                 CMAP_NODE_FOR_EACH (rule, cmap_node, nodes[i]) {
1048                     if (OVS_LIKELY(miniflow_and_mask_matches_miniflow(
1049                                        &rule->flow, &subtable->mask,
1050                                        mfs[i]))) {
1051                         results[i] = rule->cls_rule;
1052                         goto next;
1053                     }
1054                 }
1055                 ULONG_SET0(map, i); /* Did not match. */
1056             next:
1057                 ; /* Keep Sparse happy. */
1058             }
1059             maps[m] &= ~map; /* Clear the found rules. */
1060             remains |= maps[m];
1061         }
1062         if (!remains) {
1063             return true; /* All found. */
1064         }
1065     }
1066     /* Some misses. */
1067     return false;
1068 }
1069
1070 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1071  * matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1072  * contain an exact match. */
1073 struct cls_rule *
1074 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1075                              const struct cls_rule *target)
1076     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1077 {
1078     struct cls_match *head, *rule;
1079     struct cls_subtable *subtable;
1080
1081     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1082     subtable = find_subtable(cls, &target->match.mask);
1083     if (!subtable) {
1084         goto out;
1085     }
1086
1087     /* Skip if there is no hope. */
1088     if (target->priority > subtable->max_priority) {
1089         goto out;
1090     }
1091
1092     head = find_equal(subtable, &target->match.flow,
1093                       miniflow_hash_in_minimask(&target->match.flow,
1094                                                 &target->match.mask, 0));
1095     FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1096         if (target->priority >= rule->priority) {
1097             ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1098             return target->priority == rule->priority ? rule->cls_rule : NULL;
1099         }
1100     }
1101 out:
1102     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1103     return NULL;
1104 }
1105
1106 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1107  * same matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1108  * contain an exact match. */
1109 struct cls_rule *
1110 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1111                               const struct match *target,
1112                               unsigned int priority)
1113 {
1114     struct cls_rule *retval;
1115     struct cls_rule cr;
1116
1117     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1118     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr);
1119     cls_rule_destroy(&cr);
1120
1121     return retval;
1122 }
1123
1124 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls'.  Two rules are
1125  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
1126  * could match both. */
1127 bool
1128 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1129                          const struct cls_rule *target)
1130     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1131 {
1132     struct cls_subtable *subtable;
1133     int64_t stop_at_priority = (int64_t)target->priority - 1;
1134
1135     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1136     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1137     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, stop_at_priority, 2,
1138                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1139         uint32_t storage[FLOW_U32S];
1140         struct minimask mask;
1141         struct cls_match *head;
1142
1143         minimask_combine(&mask, &target->match.mask, &subtable->mask, storage);
1144         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
1145             struct cls_match *rule;
1146
1147             FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1148                 if (rule->priority < target->priority) {
1149                     break; /* Rules in descending priority order. */
1150                 }
1151                 if (rule->priority == target->priority
1152                     && miniflow_equal_in_minimask(&target->match.flow,
1153                                                   &rule->flow, &mask)) {
1154                     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1155                     return true;
1156                 }
1157             }
1158         }
1159     }
1160
1161     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1162     return false;
1163 }
1164
1165 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1166  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1167  * function returns true if, for every field:
1168  *
1169  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1170  *     field, or
1171  *
1172  *   - 'criteria' wildcards the field,
1173  *
1174  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1175  * if, for at least one field:
1176  *
1177  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1178  *
1179  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1180  *
1181  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1182  *
1183  *                                     rule
1184  *
1185  *                   c         wildcard    exact
1186  *                   r        +---------+---------+
1187  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1188  *                   t   card |         |         |
1189  *                   e        +---------+---------+
1190  *                   r  exact |    no   |if values|
1191  *                   i        |         |are equal|
1192  *                   a        +---------+---------+
1193  *
1194  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1195  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1196  *
1197  * Ignores rule->priority. */
1198 bool
1199 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1200                         const struct minimatch *criteria)
1201 {
1202     return (!minimask_has_extra(&rule->match.mask, &criteria->mask)
1203             && miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &criteria->flow,
1204                                           &criteria->mask));
1205 }
1206 \f
1207 /* Iteration. */
1208
1209 static bool
1210 rule_matches(const struct cls_match *rule, const struct cls_rule *target)
1211 {
1212     return (!target
1213             || miniflow_equal_in_minimask(&rule->flow,
1214                                           &target->match.flow,
1215                                           &target->match.mask));
1216 }
1217
1218 static struct cls_match *
1219 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1220                 struct cls_cursor *cursor)
1221 {
1222     if (!cursor->target
1223         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, &cursor->target->match.mask)) {
1224         struct cls_match *rule;
1225
1226         CMAP_CURSOR_FOR_EACH (rule, cmap_node, &cursor->rules,
1227                               &subtable->rules) {
1228             if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1229                 return rule;
1230             }
1231         }
1232     }
1233     return NULL;
1234 }
1235
1236 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1237  * first matching cls_rule via '*pnode', or NULL if there are no matches.
1238  *
1239  *     - If 'target' is null, the cursor will visit every rule in 'cls'.
1240  *
1241  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1242  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true.
1243  *
1244  * Ignores target->priority. */
1245 struct cls_cursor cls_cursor_start(const struct classifier *cls,
1246                                    const struct cls_rule *target,
1247                                    bool safe)
1248     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1249 {
1250     struct cls_cursor cursor;
1251     struct cls_subtable *subtable;
1252
1253     cursor.safe = safe;
1254     cursor.cls = cls;
1255     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1256     cursor.rule = NULL;
1257
1258     /* Find first rule. */
1259     ovs_mutex_lock(&cursor.cls->mutex);
1260     CMAP_CURSOR_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cursor.subtables,
1261                           &cursor.cls->subtables_map) {
1262         struct cls_match *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1263
1264         if (rule) {
1265             cursor.subtable = subtable;
1266             cursor.rule = rule->cls_rule;
1267             break;
1268         }
1269     }
1270
1271     /* Leave locked if requested and have a rule. */
1272     if (safe || !cursor.rule) {
1273         ovs_mutex_unlock(&cursor.cls->mutex);
1274     }
1275     return cursor;
1276 }
1277
1278 static struct cls_rule *
1279 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor)
1280     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1281 {
1282     struct cls_match *rule = cursor->rule->cls_match;
1283     const struct cls_subtable *subtable;
1284     struct cls_match *next;
1285
1286     next = next_rule_in_list__(rule);
1287     if (next->priority < rule->priority) {
1288         return next->cls_rule;
1289     }
1290
1291     /* 'next' is the head of the list, that is, the rule that is included in
1292      * the subtable's map.  (This is important when the classifier contains
1293      * rules that differ only in priority.) */
1294     rule = next;
1295     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (rule, cmap_node, &cursor->rules) {
1296         if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1297             return rule->cls_rule;
1298         }
1299     }
1300
1301     subtable = cursor->subtable;
1302     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, cmap_node, &cursor->subtables) {
1303         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1304         if (rule) {
1305             cursor->subtable = subtable;
1306             return rule->cls_rule;
1307         }
1308     }
1309
1310     return NULL;
1311 }
1312
1313 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1314  * or to null if all matching rules have been visited. */
1315 void
1316 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1317     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1318 {
1319     if (cursor->safe) {
1320         ovs_mutex_lock(&cursor->cls->mutex);
1321     }
1322     cursor->rule = cls_cursor_next(cursor);
1323     if (cursor->safe || !cursor->rule) {
1324         ovs_mutex_unlock(&cursor->cls->mutex);
1325     }
1326 }
1327 \f
1328 static struct cls_subtable *
1329 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1330     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1331 {
1332     struct cls_subtable *subtable;
1333
1334     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1335                              &cls->subtables_map) {
1336         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1337             return subtable;
1338         }
1339     }
1340     return NULL;
1341 }
1342
1343 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1344 static struct cls_subtable *
1345 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1346     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1347 {
1348     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1349     struct cls_subtable *subtable;
1350     int i, index = 0;
1351     struct flow_wildcards old, new;
1352     uint8_t prev;
1353     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1354
1355     subtable = xzalloc(sizeof *subtable - sizeof mask->masks.inline_values
1356                        + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1357     cmap_init(&subtable->rules);
1358     miniflow_clone_inline(&subtable->mask.masks, &mask->masks, count);
1359
1360     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1361     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1362     old = new;
1363     prev = 0;
1364     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1365         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1366                                            cls->flow_segments[i]);
1367         /* Add an index if it adds mask bits. */
1368         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1369             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1370             subtable->index_ofs[index] = cls->flow_segments[i];
1371             index++;
1372             old = new;
1373         }
1374         prev = cls->flow_segments[i];
1375     }
1376     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1377      * and remove the last index if it doesn't. */
1378     if (index > 0) {
1379         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U32S);
1380         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1381             --index;
1382             subtable->index_ofs[index] = 0;
1383             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1384         }
1385     }
1386     subtable->n_indices = index;
1387
1388     subtable->tag = (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1389                      ? tag_create_deterministic(hash)
1390                      : TAG_ALL);
1391
1392     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1393         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1394                                                          cls->tries[i].field);
1395     }
1396
1397     /* Ports trie. */
1398     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1399     subtable->ports_mask_len
1400         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1401
1402     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1403
1404     return subtable;
1405 }
1406
1407 static void
1408 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1409     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1410 {
1411     int i;
1412
1413     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1414     trie_destroy(&subtable->ports_trie);
1415
1416     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1417         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1418     }
1419     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1420                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1421     minimask_destroy(&subtable->mask);
1422     cmap_destroy(&subtable->rules);
1423     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1424 }
1425
1426 struct range {
1427     uint8_t start;
1428     uint8_t end;
1429 };
1430
1431 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1432
1433 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1434  * lookup results. */
1435 static inline bool
1436 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1437             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1438             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1439             struct flow_wildcards *wc)
1440 {
1441     int j;
1442
1443     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1444      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1445      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1446     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1447         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1448         if (field_plen[j]) {
1449             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1450             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1451
1452             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1453             if (be32ofs >= ofs.start && be32ofs < ofs.end) {
1454                 /* On-demand trie lookup. */
1455                 if (!ctx->lookup_done) {
1456                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1457                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1458                                                 &ctx->match_plens);
1459                     ctx->lookup_done = true;
1460                 }
1461                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1462                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1463                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1464                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1465                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1466                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1467                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1468                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1469                      * packet.  Hence the checks below. */
1470
1471                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1472                      * than this subtable would otherwise. */
1473                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1474                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1475                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1476                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1477                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1478                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1479                         return true;
1480                     }
1481                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1482                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1483                         return true;
1484                     }
1485                 }
1486             }
1487         }
1488     }
1489     return false;
1490 }
1491
1492 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1493  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1494  * value has the correct value in 'target'.
1495  *
1496  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1497  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1498  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1499  * takes the 'wc'. */
1500 static inline bool
1501 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1502                                const struct minimask *mask,
1503                                const struct flow *target)
1504 {
1505     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1506     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1507     uint32_t idx;
1508
1509     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1510         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & *maskp++;
1511
1512         if (diff) {
1513             return false;
1514         }
1515     }
1516
1517     return true;
1518 }
1519
1520 static inline struct cls_match *
1521 find_match(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1522            uint32_t hash)
1523 {
1524     struct cls_match *rule;
1525
1526     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1527         if (miniflow_and_mask_matches_flow(&rule->flow, &subtable->mask,
1528                                            flow)) {
1529             return rule;
1530         }
1531     }
1532
1533     return NULL;
1534 }
1535
1536 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1537  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1538  * value has the correct value in 'target'.
1539  *
1540  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1541  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1542 static inline bool
1543 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1544                                   const struct minimask *mask,
1545                                   const struct flow *target,
1546                                   struct flow_wildcards *wc)
1547 {
1548     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1549     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1550     uint32_t idx;
1551
1552     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1553         uint32_t mask = *maskp++;
1554         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & mask;
1555
1556         if (diff) {
1557             /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1558              * exact-matched. */
1559             if (!(flow_u32_value(&wc->masks, idx) & diff)) {
1560                 /* Keep one bit of the difference. */
1561                 *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= rightmost_1bit(diff);
1562             }
1563             return false;
1564         }
1565         /* Fill in the bits that were looked at. */
1566         *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= mask;
1567     }
1568
1569     return true;
1570 }
1571
1572 /* Unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1573 static void
1574 fill_range_wc(const struct cls_subtable *subtable, struct flow_wildcards *wc,
1575               uint8_t to)
1576 {
1577     if (to) {
1578         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, to);
1579     }
1580 }
1581
1582 static struct cls_match *
1583 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1584               struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1585               struct flow_wildcards *wc)
1586 {
1587     uint32_t basis = 0, hash;
1588     struct cls_match *rule = NULL;
1589     int i;
1590     struct range ofs;
1591
1592     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1593         return find_match(subtable, flow,
1594                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1595     }
1596
1597     ofs.start = 0;
1598     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1599     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1600         const struct cmap_node *inode;
1601
1602         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1603
1604         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1605                         wc)) {
1606             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1607              * bits used so far. */
1608             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1609             return NULL;
1610         }
1611         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1612                                            ofs.end, &basis);
1613         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1614         if (!inode) {
1615             /* No match, can stop immediately, but must fold in the bits
1616              * used in lookup so far. */
1617             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.end);
1618             return NULL;
1619         }
1620
1621         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1622          * that rule matches.  Either way, we're done.
1623          *
1624          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1625          * optimization. */
1626         if (!cmap_node_next(inode)) {
1627             ASSIGN_CONTAINER(rule, inode - i, index_nodes);
1628             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&rule->flow, &subtable->mask,
1629                                                   flow, wc)) {
1630                 return rule;
1631             }
1632             return NULL;
1633         }
1634         ofs.start = ofs.end;
1635     }
1636     ofs.end = FLOW_U32S;
1637     /* Trie check for the final range. */
1638     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1639         fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1640         return NULL;
1641     }
1642     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1643                                        ofs.end, &basis);
1644     rule = find_match(subtable, flow, hash);
1645     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1646         /* Ports are always part of the final range, if any.
1647          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1648          * which ports bits to unwildcard. */
1649         unsigned int mbits;
1650         ovs_be32 value, plens, mask;
1651
1652         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1653         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1654         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1655
1656         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1657             mask & htonl(~0 << (32 - mbits));
1658
1659         /* Unwildcard all bits in the mask upto the ports, as they were used
1660          * to determine there is no match. */
1661         fill_range_wc(subtable, wc, TP_PORTS_OFS32);
1662         return NULL;
1663     }
1664
1665     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1666     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1667     return rule;
1668 }
1669
1670 static struct cls_match *
1671 find_equal(struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1672            uint32_t hash)
1673 {
1674     struct cls_match *head;
1675
1676     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1677         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1678             return head;
1679         }
1680     }
1681     return NULL;
1682 }
1683
1684 /*
1685  * As the readers are operating concurrently with the modifications, a
1686  * concurrent reader may or may not see the new rule, depending on how
1687  * the concurrent events overlap with each other.  This is no
1688  * different from the former locked behavior, but there the visibility
1689  * of the new rule only depended on the timing of the locking
1690  * functions.
1691  *
1692  * The new rule is first added to the segment indices, so the readers
1693  * may find the rule in the indices before the rule is visible in the
1694  * subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
1695  * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
1696  * wildcarding.  This will be fixed by forthcoming revalidation always
1697  * scheduled after flow table changes.
1698  *
1699  * Similar behavior may happen due to us removing the overlapping rule
1700  * (if any) from the indices only after the new rule has been added.
1701  *
1702  * The subtable's max priority is updated only after the rule is
1703  * inserted, so the concurrent readers may not see the rule, as the
1704  * updated priority ordered subtable list will only be visible after
1705  * the subtable's max priority is updated.
1706  *
1707  * Similarly, the classifier's partitions for new rules are updated by
1708  * the caller after this function, so the readers may keep skipping
1709  * the subtable until they see the updated partitions.
1710  */
1711 static struct cls_match *
1712 insert_rule(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
1713             struct cls_rule *new_rule)
1714     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1715 {
1716     struct cls_match *old = NULL;
1717     struct cls_match *new = cls_match_alloc(new_rule);
1718     struct cls_match *head;
1719     int i;
1720     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
1721     uint8_t prev_be32ofs = 0;
1722
1723     /* Add new node to segment indices. */
1724     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1725         ihash[i] = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs,
1726                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
1727         cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
1728         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
1729     }
1730     hash = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S,
1731                                 &basis);
1732     head = find_equal(subtable, &new_rule->match.flow, hash);
1733     if (!head) {
1734         cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
1735         list_init(&new->list);
1736         goto out;
1737     } else {
1738         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
1739          * order of decreasing priority. */
1740         struct cls_match *rule;
1741
1742         FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1743             if (new->priority >= rule->priority) {
1744                 if (rule == head) {
1745                     /* 'new' is the new highest-priority flow in the list. */
1746                     cmap_replace(&subtable->rules, &rule->cmap_node,
1747                                  &new->cmap_node, hash);
1748                 }
1749
1750                 if (new->priority == rule->priority) {
1751                     list_replace(&new->list, &rule->list);
1752                     old = rule;
1753                 } else {
1754                     list_insert(&rule->list, &new->list);
1755                 }
1756                 goto out;
1757             }
1758         }
1759
1760         /* Insert 'new' at the end of the list. */
1761         list_push_back(&head->list, &new->list);
1762     }
1763
1764  out:
1765     if (!old) {
1766         subtable->n_rules++;
1767
1768         /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority'
1769          * and 'max_count', if necessary. */
1770         if (subtable->n_rules == 1) {
1771             subtable->max_priority = new->priority;
1772             subtable->max_count = 1;
1773             pvector_insert(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1774         } else if (subtable->max_priority == new->priority) {
1775             ++subtable->max_count;
1776         } else if (new->priority > subtable->max_priority) {
1777             subtable->max_priority = new->priority;
1778             subtable->max_count = 1;
1779             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1780         }
1781     } else {
1782         /* Remove old node from indices. */
1783         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1784             cmap_remove(&subtable->indices[i], &old->index_nodes[i], ihash[i]);
1785         }
1786     }
1787     return old;
1788 }
1789
1790 static struct cls_match *
1791 next_rule_in_list__(struct cls_match *rule)
1792     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1793 {
1794     struct cls_match *next = NULL;
1795     next = OBJECT_CONTAINING(rule->list.next, next, list);
1796     return next;
1797 }
1798
1799 static struct cls_match *
1800 next_rule_in_list(struct cls_match *rule)
1801 {
1802     struct cls_match *next = next_rule_in_list__(rule);
1803     return next->priority < rule->priority ? next : NULL;
1804 }
1805 \f
1806 /* A longest-prefix match tree. */
1807 struct trie_node {
1808     uint32_t prefix;           /* Prefix bits for this node, MSB first. */
1809     uint8_t  n_bits;           /* Never zero, except for the root node. */
1810     unsigned int n_rules;      /* Number of rules that have this prefix. */
1811     rcu_trie_ptr edges[2];     /* Both NULL if leaf. */
1812 };
1813
1814 /* Max bits per node.  Must fit in struct trie_node's 'prefix'.
1815  * Also tested with 16, 8, and 5 to stress the implementation. */
1816 #define TRIE_PREFIX_BITS 32
1817
1818 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1819  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1820  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1821  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1822 static uint32_t
1823 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1824 {
1825     uint32_t prefix;
1826
1827     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1828     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1829
1830     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1831     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1832         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1833     }
1834     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1835     return prefix;
1836 }
1837
1838 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1839  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1840  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1841  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1842  * 'pr'". */
1843 static uint32_t
1844 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1845 {
1846     if (!plen) {
1847         return 0;
1848     }
1849     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1850         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1851     }
1852     /* Return with unwanted bits cleared. */
1853     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1854 }
1855
1856 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1857  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1858 static unsigned int
1859 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1860                   unsigned int ofs)
1861 {
1862     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1863     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1864     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1865 }
1866
1867 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1868  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1869 static unsigned int
1870 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1871                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1872 {
1873     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1874                              prefix, ofs);
1875 }
1876
1877 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1878  * be greater than 31. */
1879 static unsigned int
1880 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1881 {
1882     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1883 }
1884
1885 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
1886  * be between 0 and 31, inclusive. */
1887 static unsigned int
1888 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
1889 {
1890     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
1891 }
1892
1893 /* Create new branch. */
1894 static struct trie_node *
1895 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
1896                    unsigned int n_rules)
1897 {
1898     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
1899
1900     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
1901
1902     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
1903         node->n_bits = plen;
1904         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
1905         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
1906         node->n_rules = n_rules;
1907     } else { /* Need intermediate nodes. */
1908         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
1909                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
1910                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
1911                                                        n_rules);
1912         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
1913         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
1914         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
1915         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
1916         node->n_rules = 0;
1917     }
1918     return node;
1919 }
1920
1921 static void
1922 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
1923 {
1924     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
1925 }
1926
1927 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
1928 static struct trie_node *
1929 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
1930 {
1931     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
1932
1933     *new_node = *node;
1934     trie_node_destroy(node);
1935
1936     return new_node;
1937 }
1938
1939 /* May only be called while holding the classifier mutex. */
1940 static void
1941 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
1942 {
1943     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
1944
1945     if (node) {
1946         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
1947         trie_destroy(&node->edges[0]);
1948         trie_destroy(&node->edges[1]);
1949         trie_node_destroy(node);
1950     }
1951 }
1952
1953 static bool
1954 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
1955 {
1956     /* No children? */
1957     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
1958         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
1959 }
1960
1961 static void
1962 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1963                      unsigned int n_bits)
1964 {
1965     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1966     unsigned int i;
1967
1968     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1969         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
1970     }
1971     if (n_bits % 32) {
1972         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1973     }
1974 }
1975
1976 static bool
1977 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1978                      unsigned int n_bits)
1979 {
1980     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1981     unsigned int i;
1982     ovs_be32 zeroes = 0;
1983
1984     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1985         zeroes |= ~mask[i];
1986     }
1987     if (n_bits % 32) {
1988         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1989     }
1990
1991     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
1992 }
1993
1994 static rcu_trie_ptr *
1995 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1996                unsigned int ofs)
1997 {
1998     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
1999 }
2000
2001 static const struct trie_node *
2002 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2003                unsigned int ofs)
2004 {
2005     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
2006                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
2007 }
2008
2009 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
2010  */
2011 static void
2012 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2013 {
2014     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
2015 }
2016
2017 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
2018  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2019  * matched.
2020  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2021  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2022  * calling this.
2023  */
2024 static unsigned int
2025 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2026                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2027 {
2028     const struct trie_node *prev = NULL;
2029     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2030     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2031
2032     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2033         unsigned int eqbits;
2034         /* Check if this edge can be followed. */
2035         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2036                                    match_len);
2037         match_len += eqbits;
2038         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2039             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2040             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2041         }
2042         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2043         if (node->n_rules > 0) {
2044             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2045         }
2046         if (match_len >= n_bits) {
2047             return n_bits; /* Full prefix. */
2048         }
2049     }
2050     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2051      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2052      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2053      * node). */
2054     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2055 }
2056
2057 static unsigned int
2058 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2059             union mf_value *plens)
2060 {
2061     const struct mf_field *mf = trie->field;
2062
2063     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2064      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2065      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2066     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2067         return trie_lookup_value(&trie->root,
2068                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2069                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2070     }
2071     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2072     return 0; /* Value not used in this case. */
2073 }
2074
2075 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2076  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2077  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2078 static unsigned int
2079 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2080                         const struct mf_field *mf)
2081 {
2082     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2083     uint8_t u32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2084     uint8_t u32_end = u32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2085
2086     for (; u32_ofs < u32_end; ++u32_ofs) {
2087         uint32_t mask;
2088         mask = ntohl((OVS_FORCE ovs_be32)minimask_get(minimask, u32_ofs));
2089
2090         /* Validate mask, count the mask length. */
2091         if (mask_tz) {
2092             if (mask) {
2093                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2094             }
2095         } else {
2096             if (~mask & (~mask + 1)) {
2097                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2098             }
2099             mask_tz = ctz32(mask);
2100             n_bits += 32 - mask_tz;
2101         }
2102     }
2103
2104     return n_bits;
2105 }
2106
2107 /*
2108  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2109  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2110  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2111  * happened to be zeros.
2112  */
2113 static const ovs_be32 *
2114 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2115 {
2116     return miniflow_get_be32_values(&match->flow) +
2117         count_1bits(match->flow.map & ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs) - 1));
2118 }
2119
2120 /* Insert rule in to the prefix tree.
2121  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2122  * in 'rule'. */
2123 static void
2124 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2125 {
2126     trie_insert_prefix(&trie->root,
2127                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2128 }
2129
2130 static void
2131 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2132 {
2133     struct trie_node *node;
2134     int ofs = 0;
2135
2136     /* Walk the tree. */
2137     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2138          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2139         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2140         ofs += eqbits;
2141         if (eqbits < node->n_bits) {
2142             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2143             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2144             struct trie_node *new_parent;
2145
2146             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2147                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2148             /* Copy the node to modify it. */
2149             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2150             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2151             node->prefix <<= eqbits;
2152             node->n_bits -= eqbits;
2153             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2154
2155             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2156             if (ofs < mlen) {
2157                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2158                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2159                                                      1));
2160             }
2161             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2162             return;
2163         }
2164         /* Full match so far. */
2165
2166         if (ofs == mlen) {
2167             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2168             node->n_rules++;
2169             return;
2170         }
2171     }
2172     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2173     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2174 }
2175
2176 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2177  * in 'rule'. */
2178 static void
2179 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2180 {
2181     trie_remove_prefix(&trie->root,
2182                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2183 }
2184
2185 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2186  * in 'rule'. */
2187 static void
2188 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2189 {
2190     struct trie_node *node;
2191     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2192     int depth = 0, ofs = 0;
2193
2194     /* Walk the tree. */
2195     for (edges[0] = root;
2196          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2197          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2198         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2199
2200         if (eqbits < node->n_bits) {
2201             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2202              * only rules in the classifier are ever removed. */
2203             break; /* Log a warning. */
2204         }
2205         /* Full match so far. */
2206         ofs += eqbits;
2207
2208         if (ofs == mlen) {
2209             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2210             if (!node->n_rules) {
2211                 break; /* Log a warning. */
2212             }
2213             node->n_rules--;
2214
2215             /* Check if can prune the tree. */
2216             while (!node->n_rules) {
2217                 struct trie_node *next,
2218                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2219                                                   &node->edges[0]),
2220                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2221                                                   &node->edges[1]);
2222
2223                 if (edge0 && edge1) {
2224                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2225                 }
2226
2227                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2228                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2229
2230                 if (next) {
2231                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2232                         break;   /* Cannot combine. */
2233                     }
2234                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2235
2236                     /* Combine node with next. */
2237                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2238                     next->n_bits += node->n_bits;
2239                 }
2240                 /* Update the parent's edge. */
2241                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2242                 trie_node_destroy(node);
2243
2244                 if (next || !depth) {
2245                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2246                     break;
2247                 }
2248                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2249                                             edges[--depth]);
2250             }
2251             return;
2252         }
2253     }
2254     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2255      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2256     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2257 }