datapath-windows: Add WMI Script that updates Hyper-V friendly port names.
[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 static inline struct cls_match *
984 find_match_miniflow(const struct cls_subtable *subtable,
985                     const struct miniflow *flow,
986                     uint32_t hash)
987 {
988     struct cls_match *rule;
989
990     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
991         if (miniflow_and_mask_matches_miniflow(&rule->flow, &subtable->mask,
992                                                flow)) {
993             return rule;
994         }
995     }
996
997     return NULL;
998 }
999
1000 /* For each miniflow in 'flows' performs a classifier lookup writing the result
1001  * into the corresponding slot in 'rules'.  If a particular entry in 'flows' is
1002  * NULL it is skipped.
1003  *
1004  * This function is optimized for use in the userspace datapath and therefore
1005  * does not implement a lot of features available in the standard
1006  * classifier_lookup() function.  Specifically, it does not implement
1007  * priorities, instead returning any rule which matches the flow.
1008  *
1009  * Returns true if all flows found a corresponding rule. */
1010 bool
1011 classifier_lookup_miniflow_batch(const struct classifier *cls,
1012                                  const struct miniflow **flows,
1013                                  struct cls_rule **rules, size_t len)
1014 {
1015     struct cls_subtable *subtable;
1016     size_t i, begin = 0;
1017
1018     memset(rules, 0, len * sizeof *rules);
1019     PVECTOR_FOR_EACH (subtable, &cls->subtables) {
1020         for (i = begin; i < len; i++) {
1021             struct cls_match *match;
1022             uint32_t hash;
1023
1024             if (OVS_UNLIKELY(rules[i] || !flows[i])) {
1025                 continue;
1026             }
1027
1028             hash = miniflow_hash_in_minimask(flows[i], &subtable->mask, 0);
1029             match = find_match_miniflow(subtable, flows[i], hash);
1030             if (OVS_UNLIKELY(match)) {
1031                 rules[i] = match->cls_rule;
1032             }
1033         }
1034
1035         while (begin < len && (rules[begin] || !flows[begin])) {
1036             begin++;
1037         }
1038         if (begin >= len) {
1039             return true;
1040         }
1041     }
1042
1043     return false;
1044 }
1045
1046 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1047  * matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1048  * contain an exact match. */
1049 struct cls_rule *
1050 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1051                              const struct cls_rule *target)
1052     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1053 {
1054     struct cls_match *head, *rule;
1055     struct cls_subtable *subtable;
1056
1057     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1058     subtable = find_subtable(cls, &target->match.mask);
1059     if (!subtable) {
1060         goto out;
1061     }
1062
1063     /* Skip if there is no hope. */
1064     if (target->priority > subtable->max_priority) {
1065         goto out;
1066     }
1067
1068     head = find_equal(subtable, &target->match.flow,
1069                       miniflow_hash_in_minimask(&target->match.flow,
1070                                                 &target->match.mask, 0));
1071     FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1072         if (target->priority >= rule->priority) {
1073             ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1074             return target->priority == rule->priority ? rule->cls_rule : NULL;
1075         }
1076     }
1077 out:
1078     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1079     return NULL;
1080 }
1081
1082 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1083  * same matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1084  * contain an exact match. */
1085 struct cls_rule *
1086 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1087                               const struct match *target,
1088                               unsigned int priority)
1089 {
1090     struct cls_rule *retval;
1091     struct cls_rule cr;
1092
1093     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1094     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr);
1095     cls_rule_destroy(&cr);
1096
1097     return retval;
1098 }
1099
1100 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls'.  Two rules are
1101  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
1102  * could match both. */
1103 bool
1104 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1105                          const struct cls_rule *target)
1106     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1107 {
1108     struct cls_subtable *subtable;
1109     int64_t stop_at_priority = (int64_t)target->priority - 1;
1110
1111     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1112     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1113     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, stop_at_priority, 2,
1114                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1115         uint32_t storage[FLOW_U32S];
1116         struct minimask mask;
1117         struct cls_match *head;
1118
1119         minimask_combine(&mask, &target->match.mask, &subtable->mask, storage);
1120         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
1121             struct cls_match *rule;
1122
1123             FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1124                 if (rule->priority < target->priority) {
1125                     break; /* Rules in descending priority order. */
1126                 }
1127                 if (rule->priority == target->priority
1128                     && miniflow_equal_in_minimask(&target->match.flow,
1129                                                   &rule->flow, &mask)) {
1130                     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1131                     return true;
1132                 }
1133             }
1134         }
1135     }
1136
1137     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1138     return false;
1139 }
1140
1141 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1142  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1143  * function returns true if, for every field:
1144  *
1145  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1146  *     field, or
1147  *
1148  *   - 'criteria' wildcards the field,
1149  *
1150  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1151  * if, for at least one field:
1152  *
1153  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1154  *
1155  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1156  *
1157  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1158  *
1159  *                                     rule
1160  *
1161  *                   c         wildcard    exact
1162  *                   r        +---------+---------+
1163  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1164  *                   t   card |         |         |
1165  *                   e        +---------+---------+
1166  *                   r  exact |    no   |if values|
1167  *                   i        |         |are equal|
1168  *                   a        +---------+---------+
1169  *
1170  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1171  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1172  *
1173  * Ignores rule->priority. */
1174 bool
1175 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1176                         const struct minimatch *criteria)
1177 {
1178     return (!minimask_has_extra(&rule->match.mask, &criteria->mask)
1179             && miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &criteria->flow,
1180                                           &criteria->mask));
1181 }
1182 \f
1183 /* Iteration. */
1184
1185 static bool
1186 rule_matches(const struct cls_match *rule, const struct cls_rule *target)
1187 {
1188     return (!target
1189             || miniflow_equal_in_minimask(&rule->flow,
1190                                           &target->match.flow,
1191                                           &target->match.mask));
1192 }
1193
1194 static struct cls_match *
1195 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1196                 struct cls_cursor *cursor)
1197 {
1198     if (!cursor->target
1199         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, &cursor->target->match.mask)) {
1200         struct cls_match *rule;
1201
1202         CMAP_CURSOR_FOR_EACH (rule, cmap_node, &cursor->rules,
1203                               &subtable->rules) {
1204             if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1205                 return rule;
1206             }
1207         }
1208     }
1209     return NULL;
1210 }
1211
1212 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1213  * first matching cls_rule via '*pnode', or NULL if there are no matches.
1214  *
1215  *     - If 'target' is null, the cursor will visit every rule in 'cls'.
1216  *
1217  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1218  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true.
1219  *
1220  * Ignores target->priority. */
1221 struct cls_cursor cls_cursor_start(const struct classifier *cls,
1222                                    const struct cls_rule *target,
1223                                    bool safe)
1224     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1225 {
1226     struct cls_cursor cursor;
1227     struct cls_subtable *subtable;
1228
1229     cursor.safe = safe;
1230     cursor.cls = cls;
1231     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1232     cursor.rule = NULL;
1233
1234     /* Find first rule. */
1235     ovs_mutex_lock(&cursor.cls->mutex);
1236     CMAP_CURSOR_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cursor.subtables,
1237                           &cursor.cls->subtables_map) {
1238         struct cls_match *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1239
1240         if (rule) {
1241             cursor.subtable = subtable;
1242             cursor.rule = rule->cls_rule;
1243             break;
1244         }
1245     }
1246
1247     /* Leave locked if requested and have a rule. */
1248     if (safe || !cursor.rule) {
1249         ovs_mutex_unlock(&cursor.cls->mutex);
1250     }
1251     return cursor;
1252 }
1253
1254 static struct cls_rule *
1255 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor)
1256     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1257 {
1258     struct cls_match *rule = cursor->rule->cls_match;
1259     const struct cls_subtable *subtable;
1260     struct cls_match *next;
1261
1262     next = next_rule_in_list__(rule);
1263     if (next->priority < rule->priority) {
1264         return next->cls_rule;
1265     }
1266
1267     /* 'next' is the head of the list, that is, the rule that is included in
1268      * the subtable's map.  (This is important when the classifier contains
1269      * rules that differ only in priority.) */
1270     rule = next;
1271     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (rule, cmap_node, &cursor->rules) {
1272         if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1273             return rule->cls_rule;
1274         }
1275     }
1276
1277     subtable = cursor->subtable;
1278     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, cmap_node, &cursor->subtables) {
1279         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1280         if (rule) {
1281             cursor->subtable = subtable;
1282             return rule->cls_rule;
1283         }
1284     }
1285
1286     return NULL;
1287 }
1288
1289 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1290  * or to null if all matching rules have been visited. */
1291 void
1292 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1293     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1294 {
1295     if (cursor->safe) {
1296         ovs_mutex_lock(&cursor->cls->mutex);
1297     }
1298     cursor->rule = cls_cursor_next(cursor);
1299     if (cursor->safe || !cursor->rule) {
1300         ovs_mutex_unlock(&cursor->cls->mutex);
1301     }
1302 }
1303 \f
1304 static struct cls_subtable *
1305 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1306     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1307 {
1308     struct cls_subtable *subtable;
1309
1310     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1311                              &cls->subtables_map) {
1312         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1313             return subtable;
1314         }
1315     }
1316     return NULL;
1317 }
1318
1319 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1320 static struct cls_subtable *
1321 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1322     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1323 {
1324     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1325     struct cls_subtable *subtable;
1326     int i, index = 0;
1327     struct flow_wildcards old, new;
1328     uint8_t prev;
1329     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1330
1331     subtable = xzalloc(sizeof *subtable - sizeof mask->masks.inline_values
1332                        + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1333     cmap_init(&subtable->rules);
1334     miniflow_clone_inline(&subtable->mask.masks, &mask->masks, count);
1335
1336     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1337     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1338     old = new;
1339     prev = 0;
1340     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1341         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1342                                            cls->flow_segments[i]);
1343         /* Add an index if it adds mask bits. */
1344         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1345             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1346             subtable->index_ofs[index] = cls->flow_segments[i];
1347             index++;
1348             old = new;
1349         }
1350         prev = cls->flow_segments[i];
1351     }
1352     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1353      * and remove the last index if it doesn't. */
1354     if (index > 0) {
1355         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U32S);
1356         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1357             --index;
1358             subtable->index_ofs[index] = 0;
1359             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1360         }
1361     }
1362     subtable->n_indices = index;
1363
1364     subtable->tag = (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1365                      ? tag_create_deterministic(hash)
1366                      : TAG_ALL);
1367
1368     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1369         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1370                                                          cls->tries[i].field);
1371     }
1372
1373     /* Ports trie. */
1374     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1375     subtable->ports_mask_len
1376         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1377
1378     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1379
1380     return subtable;
1381 }
1382
1383 static void
1384 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1385     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1386 {
1387     int i;
1388
1389     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1390     trie_destroy(&subtable->ports_trie);
1391
1392     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1393         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1394     }
1395     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1396                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1397     minimask_destroy(&subtable->mask);
1398     cmap_destroy(&subtable->rules);
1399     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1400 }
1401
1402 struct range {
1403     uint8_t start;
1404     uint8_t end;
1405 };
1406
1407 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1408
1409 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1410  * lookup results. */
1411 static inline bool
1412 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1413             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1414             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1415             struct flow_wildcards *wc)
1416 {
1417     int j;
1418
1419     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1420      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1421      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1422     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1423         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1424         if (field_plen[j]) {
1425             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1426             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1427
1428             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1429             if (be32ofs >= ofs.start && be32ofs < ofs.end) {
1430                 /* On-demand trie lookup. */
1431                 if (!ctx->lookup_done) {
1432                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1433                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1434                                                 &ctx->match_plens);
1435                     ctx->lookup_done = true;
1436                 }
1437                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1438                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1439                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1440                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1441                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1442                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1443                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1444                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1445                      * packet.  Hence the checks below. */
1446
1447                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1448                      * than this subtable would otherwise. */
1449                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1450                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1451                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1452                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1453                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1454                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1455                         return true;
1456                     }
1457                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1458                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1459                         return true;
1460                     }
1461                 }
1462             }
1463         }
1464     }
1465     return false;
1466 }
1467
1468 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1469  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1470  * value has the correct value in 'target'.
1471  *
1472  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1473  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1474  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1475  * takes the 'wc'. */
1476 static inline bool
1477 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1478                                const struct minimask *mask,
1479                                const struct flow *target)
1480 {
1481     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1482     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1483     uint32_t idx;
1484
1485     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1486         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & *maskp++;
1487
1488         if (diff) {
1489             return false;
1490         }
1491     }
1492
1493     return true;
1494 }
1495
1496 static inline struct cls_match *
1497 find_match(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1498            uint32_t hash)
1499 {
1500     struct cls_match *rule;
1501
1502     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1503         if (miniflow_and_mask_matches_flow(&rule->flow, &subtable->mask,
1504                                            flow)) {
1505             return rule;
1506         }
1507     }
1508
1509     return NULL;
1510 }
1511
1512 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1513  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1514  * value has the correct value in 'target'.
1515  *
1516  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1517  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1518 static inline bool
1519 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1520                                   const struct minimask *mask,
1521                                   const struct flow *target,
1522                                   struct flow_wildcards *wc)
1523 {
1524     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1525     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1526     uint32_t idx;
1527
1528     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1529         uint32_t mask = *maskp++;
1530         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & mask;
1531
1532         if (diff) {
1533             /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1534              * exact-matched. */
1535             if (!(flow_u32_value(&wc->masks, idx) & diff)) {
1536                 /* Keep one bit of the difference. */
1537                 *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= rightmost_1bit(diff);
1538             }
1539             return false;
1540         }
1541         /* Fill in the bits that were looked at. */
1542         *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= mask;
1543     }
1544
1545     return true;
1546 }
1547
1548 /* Unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1549 static void
1550 fill_range_wc(const struct cls_subtable *subtable, struct flow_wildcards *wc,
1551               uint8_t to)
1552 {
1553     if (to) {
1554         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, to);
1555     }
1556 }
1557
1558 static struct cls_match *
1559 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1560               struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1561               struct flow_wildcards *wc)
1562 {
1563     uint32_t basis = 0, hash;
1564     struct cls_match *rule = NULL;
1565     int i;
1566     struct range ofs;
1567
1568     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1569         return find_match(subtable, flow,
1570                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1571     }
1572
1573     ofs.start = 0;
1574     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1575     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1576         struct cmap_node *inode;
1577
1578         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1579
1580         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1581                         wc)) {
1582             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1583              * bits used so far. */
1584             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1585             return NULL;
1586         }
1587         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1588                                            ofs.end, &basis);
1589         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1590         if (!inode) {
1591             /* No match, can stop immediately, but must fold in the bits
1592              * used in lookup so far. */
1593             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.end);
1594             return NULL;
1595         }
1596
1597         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1598          * that rule matches.  Either way, we're done.
1599          *
1600          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1601          * optimization. */
1602         if (!cmap_node_next(inode)) {
1603             ASSIGN_CONTAINER(rule, inode - i, index_nodes);
1604             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&rule->flow, &subtable->mask,
1605                                                   flow, wc)) {
1606                 return rule;
1607             }
1608             return NULL;
1609         }
1610         ofs.start = ofs.end;
1611     }
1612     ofs.end = FLOW_U32S;
1613     /* Trie check for the final range. */
1614     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1615         fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1616         return NULL;
1617     }
1618     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1619                                        ofs.end, &basis);
1620     rule = find_match(subtable, flow, hash);
1621     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1622         /* Ports are always part of the final range, if any.
1623          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1624          * which ports bits to unwildcard. */
1625         unsigned int mbits;
1626         ovs_be32 value, plens, mask;
1627
1628         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1629         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1630         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1631
1632         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1633             mask & htonl(~0 << (32 - mbits));
1634
1635         /* Unwildcard all bits in the mask upto the ports, as they were used
1636          * to determine there is no match. */
1637         fill_range_wc(subtable, wc, TP_PORTS_OFS32);
1638         return NULL;
1639     }
1640
1641     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1642     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1643     return rule;
1644 }
1645
1646 static struct cls_match *
1647 find_equal(struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1648            uint32_t hash)
1649 {
1650     struct cls_match *head;
1651
1652     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1653         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1654             return head;
1655         }
1656     }
1657     return NULL;
1658 }
1659
1660 /*
1661  * As the readers are operating concurrently with the modifications, a
1662  * concurrent reader may or may not see the new rule, depending on how
1663  * the concurrent events overlap with each other.  This is no
1664  * different from the former locked behavior, but there the visibility
1665  * of the new rule only depended on the timing of the locking
1666  * functions.
1667  *
1668  * The new rule is first added to the segment indices, so the readers
1669  * may find the rule in the indices before the rule is visible in the
1670  * subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
1671  * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
1672  * wildcarding.  This will be fixed by forthcoming revalidation always
1673  * scheduled after flow table changes.
1674  *
1675  * Similar behavior may happen due to us removing the overlapping rule
1676  * (if any) from the indices only after the new rule has been added.
1677  *
1678  * The subtable's max priority is updated only after the rule is
1679  * inserted, so the concurrent readers may not see the rule, as the
1680  * updated priority ordered subtable list will only be visible after
1681  * the subtable's max priority is updated.
1682  *
1683  * Similarly, the classifier's partitions for new rules are updated by
1684  * the caller after this function, so the readers may keep skipping
1685  * the subtable until they see the updated partitions.
1686  */
1687 static struct cls_match *
1688 insert_rule(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
1689             struct cls_rule *new_rule)
1690     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1691 {
1692     struct cls_match *old = NULL;
1693     struct cls_match *new = cls_match_alloc(new_rule);
1694     struct cls_match *head;
1695     int i;
1696     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
1697     uint8_t prev_be32ofs = 0;
1698
1699     /* Add new node to segment indices. */
1700     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1701         ihash[i] = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs,
1702                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
1703         cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
1704         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
1705     }
1706     hash = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S,
1707                                 &basis);
1708     head = find_equal(subtable, &new_rule->match.flow, hash);
1709     if (!head) {
1710         cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
1711         list_init(&new->list);
1712         goto out;
1713     } else {
1714         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
1715          * order of decreasing priority. */
1716         struct cls_match *rule;
1717
1718         FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1719             if (new->priority >= rule->priority) {
1720                 if (rule == head) {
1721                     /* 'new' is the new highest-priority flow in the list. */
1722                     cmap_replace(&subtable->rules, &rule->cmap_node,
1723                                  &new->cmap_node, hash);
1724                 }
1725
1726                 if (new->priority == rule->priority) {
1727                     list_replace(&new->list, &rule->list);
1728                     old = rule;
1729                 } else {
1730                     list_insert(&rule->list, &new->list);
1731                 }
1732                 goto out;
1733             }
1734         }
1735
1736         /* Insert 'new' at the end of the list. */
1737         list_push_back(&head->list, &new->list);
1738     }
1739
1740  out:
1741     if (!old) {
1742         subtable->n_rules++;
1743
1744         /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority'
1745          * and 'max_count', if necessary. */
1746         if (subtable->n_rules == 1) {
1747             subtable->max_priority = new->priority;
1748             subtable->max_count = 1;
1749             pvector_insert(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1750         } else if (subtable->max_priority == new->priority) {
1751             ++subtable->max_count;
1752         } else if (new->priority > subtable->max_priority) {
1753             subtable->max_priority = new->priority;
1754             subtable->max_count = 1;
1755             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1756         }
1757     } else {
1758         /* Remove old node from indices. */
1759         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1760             cmap_remove(&subtable->indices[i], &old->index_nodes[i], ihash[i]);
1761         }
1762     }
1763     return old;
1764 }
1765
1766 static struct cls_match *
1767 next_rule_in_list__(struct cls_match *rule)
1768     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1769 {
1770     struct cls_match *next = NULL;
1771     next = OBJECT_CONTAINING(rule->list.next, next, list);
1772     return next;
1773 }
1774
1775 static struct cls_match *
1776 next_rule_in_list(struct cls_match *rule)
1777 {
1778     struct cls_match *next = next_rule_in_list__(rule);
1779     return next->priority < rule->priority ? next : NULL;
1780 }
1781 \f
1782 /* A longest-prefix match tree. */
1783 struct trie_node {
1784     uint32_t prefix;           /* Prefix bits for this node, MSB first. */
1785     uint8_t  n_bits;           /* Never zero, except for the root node. */
1786     unsigned int n_rules;      /* Number of rules that have this prefix. */
1787     rcu_trie_ptr edges[2];     /* Both NULL if leaf. */
1788 };
1789
1790 /* Max bits per node.  Must fit in struct trie_node's 'prefix'.
1791  * Also tested with 16, 8, and 5 to stress the implementation. */
1792 #define TRIE_PREFIX_BITS 32
1793
1794 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1795  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1796  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1797  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1798 static uint32_t
1799 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1800 {
1801     uint32_t prefix;
1802
1803     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1804     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1805
1806     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1807     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1808         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1809     }
1810     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1811     return prefix;
1812 }
1813
1814 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1815  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1816  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1817  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1818  * 'pr'". */
1819 static uint32_t
1820 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1821 {
1822     if (!plen) {
1823         return 0;
1824     }
1825     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1826         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1827     }
1828     /* Return with unwanted bits cleared. */
1829     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1830 }
1831
1832 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1833  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1834 static unsigned int
1835 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1836                   unsigned int ofs)
1837 {
1838     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1839     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1840     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1841 }
1842
1843 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1844  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1845 static unsigned int
1846 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1847                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1848 {
1849     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1850                              prefix, ofs);
1851 }
1852
1853 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1854  * be greater than 31. */
1855 static unsigned int
1856 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1857 {
1858     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1859 }
1860
1861 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
1862  * be between 0 and 31, inclusive. */
1863 static unsigned int
1864 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
1865 {
1866     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
1867 }
1868
1869 /* Create new branch. */
1870 static struct trie_node *
1871 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
1872                    unsigned int n_rules)
1873 {
1874     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
1875
1876     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
1877
1878     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
1879         node->n_bits = plen;
1880         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
1881         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
1882         node->n_rules = n_rules;
1883     } else { /* Need intermediate nodes. */
1884         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
1885                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
1886                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
1887                                                        n_rules);
1888         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
1889         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
1890         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
1891         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
1892         node->n_rules = 0;
1893     }
1894     return node;
1895 }
1896
1897 static void
1898 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
1899 {
1900     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
1901 }
1902
1903 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
1904 static struct trie_node *
1905 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
1906 {
1907     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
1908
1909     *new_node = *node;
1910     trie_node_destroy(node);
1911
1912     return new_node;
1913 }
1914
1915 /* May only be called while holding the classifier mutex. */
1916 static void
1917 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
1918 {
1919     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
1920
1921     if (node) {
1922         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
1923         trie_destroy(&node->edges[0]);
1924         trie_destroy(&node->edges[1]);
1925         trie_node_destroy(node);
1926     }
1927 }
1928
1929 static bool
1930 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
1931 {
1932     /* No children? */
1933     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
1934         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
1935 }
1936
1937 static void
1938 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1939                      unsigned int n_bits)
1940 {
1941     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1942     unsigned int i;
1943
1944     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1945         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
1946     }
1947     if (n_bits % 32) {
1948         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1949     }
1950 }
1951
1952 static bool
1953 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1954                      unsigned int n_bits)
1955 {
1956     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1957     unsigned int i;
1958     ovs_be32 zeroes = 0;
1959
1960     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1961         zeroes |= ~mask[i];
1962     }
1963     if (n_bits % 32) {
1964         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1965     }
1966
1967     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
1968 }
1969
1970 static rcu_trie_ptr *
1971 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1972                unsigned int ofs)
1973 {
1974     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
1975 }
1976
1977 static const struct trie_node *
1978 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1979                unsigned int ofs)
1980 {
1981     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
1982                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
1983 }
1984
1985 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
1986  */
1987 static void
1988 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1989 {
1990     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
1991 }
1992
1993 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
1994  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
1995  * matched.
1996  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
1997  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
1998  * calling this.
1999  */
2000 static unsigned int
2001 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2002                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2003 {
2004     const struct trie_node *prev = NULL;
2005     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2006     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2007
2008     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2009         unsigned int eqbits;
2010         /* Check if this edge can be followed. */
2011         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2012                                    match_len);
2013         match_len += eqbits;
2014         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2015             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2016             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2017         }
2018         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2019         if (node->n_rules > 0) {
2020             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2021         }
2022         if (match_len >= n_bits) {
2023             return n_bits; /* Full prefix. */
2024         }
2025     }
2026     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2027      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2028      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2029      * node). */
2030     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2031 }
2032
2033 static unsigned int
2034 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2035             union mf_value *plens)
2036 {
2037     const struct mf_field *mf = trie->field;
2038
2039     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2040      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2041      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2042     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2043         return trie_lookup_value(&trie->root,
2044                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2045                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2046     }
2047     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2048     return 0; /* Value not used in this case. */
2049 }
2050
2051 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2052  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2053  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2054 static unsigned int
2055 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2056                         const struct mf_field *mf)
2057 {
2058     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2059     uint8_t u32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2060     uint8_t u32_end = u32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2061
2062     for (; u32_ofs < u32_end; ++u32_ofs) {
2063         uint32_t mask;
2064         mask = ntohl((OVS_FORCE ovs_be32)minimask_get(minimask, u32_ofs));
2065
2066         /* Validate mask, count the mask length. */
2067         if (mask_tz) {
2068             if (mask) {
2069                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2070             }
2071         } else {
2072             if (~mask & (~mask + 1)) {
2073                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2074             }
2075             mask_tz = ctz32(mask);
2076             n_bits += 32 - mask_tz;
2077         }
2078     }
2079
2080     return n_bits;
2081 }
2082
2083 /*
2084  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2085  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2086  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2087  * happened to be zeros.
2088  */
2089 static const ovs_be32 *
2090 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2091 {
2092     return miniflow_get_be32_values(&match->flow) +
2093         count_1bits(match->flow.map & ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs) - 1));
2094 }
2095
2096 /* Insert rule in to the prefix tree.
2097  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2098  * in 'rule'. */
2099 static void
2100 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2101 {
2102     trie_insert_prefix(&trie->root,
2103                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2104 }
2105
2106 static void
2107 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2108 {
2109     struct trie_node *node;
2110     int ofs = 0;
2111
2112     /* Walk the tree. */
2113     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2114          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2115         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2116         ofs += eqbits;
2117         if (eqbits < node->n_bits) {
2118             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2119             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2120             struct trie_node *new_parent;
2121
2122             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2123                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2124             /* Copy the node to modify it. */
2125             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2126             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2127             node->prefix <<= eqbits;
2128             node->n_bits -= eqbits;
2129             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2130
2131             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2132             if (ofs < mlen) {
2133                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2134                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2135                                                      1));
2136             }
2137             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2138             return;
2139         }
2140         /* Full match so far. */
2141
2142         if (ofs == mlen) {
2143             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2144             node->n_rules++;
2145             return;
2146         }
2147     }
2148     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2149     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2150 }
2151
2152 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2153  * in 'rule'. */
2154 static void
2155 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2156 {
2157     trie_remove_prefix(&trie->root,
2158                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2159 }
2160
2161 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2162  * in 'rule'. */
2163 static void
2164 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2165 {
2166     struct trie_node *node;
2167     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2168     int depth = 0, ofs = 0;
2169
2170     /* Walk the tree. */
2171     for (edges[0] = root;
2172          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2173          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2174         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2175
2176         if (eqbits < node->n_bits) {
2177             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2178              * only rules in the classifier are ever removed. */
2179             break; /* Log a warning. */
2180         }
2181         /* Full match so far. */
2182         ofs += eqbits;
2183
2184         if (ofs == mlen) {
2185             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2186             if (!node->n_rules) {
2187                 break; /* Log a warning. */
2188             }
2189             node->n_rules--;
2190
2191             /* Check if can prune the tree. */
2192             while (!node->n_rules) {
2193                 struct trie_node *next,
2194                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2195                                                   &node->edges[0]),
2196                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2197                                                   &node->edges[1]);
2198
2199                 if (edge0 && edge1) {
2200                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2201                 }
2202
2203                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2204                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2205
2206                 if (next) {
2207                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2208                         break;   /* Cannot combine. */
2209                     }
2210                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2211
2212                     /* Combine node with next. */
2213                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2214                     next->n_bits += node->n_bits;
2215                 }
2216                 /* Update the parent's edge. */
2217                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2218                 trie_node_destroy(node);
2219
2220                 if (next || !depth) {
2221                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2222                     break;
2223                 }
2224                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2225                                             edges[--depth]);
2226             }
2227             return;
2228         }
2229     }
2230     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2231      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2232     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2233 }