lib/classifier: Clarify subtable skipping.
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013 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, *next_partition;
480         struct cls_subtable *subtable, *next_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_SAFE (subtable, next_subtable, cmap_node,
489                             &cls->subtables_map) {
490             destroy_subtable(cls, subtable);
491         }
492         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
493
494         CMAP_FOR_EACH_SAFE (partition, next_partition, cmap_node,
495                             &cls->partitions) {
496             ovsrcu_postpone(free, partition);
497         }
498         cmap_destroy(&cls->partitions);
499
500         pvector_destroy(&cls->subtables);
501         ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
502         ovs_mutex_destroy(&cls->mutex);
503     }
504 }
505
506 /* We use uint64_t as a set for the fields below. */
507 BUILD_ASSERT_DECL(MFF_N_IDS <= 64);
508
509 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
510 bool
511 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
512                              const enum mf_field_id *trie_fields,
513                              unsigned int n_fields)
514     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
515 {
516     uint64_t fields = 0;
517     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
518     int i, n_tries = 0;
519     bool changed = false;
520
521     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
522     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
523         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
524         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
525             /* Incompatible field.  This is the only place where we
526              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
527              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
528              * field length to be a multiple of 32 bits. */
529             continue;
530         }
531
532         if (fields & (UINT64_C(1) << trie_fields[i])) {
533             /* Duplicate field, there is no need to build more than
534              * one index for any one field. */
535             continue;
536         }
537         fields |= UINT64_C(1) << trie_fields[i];
538
539         new_fields[n_tries] = NULL;
540         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
541             new_fields[n_tries] = field;
542             changed = true;
543         }
544         n_tries++;
545     }
546
547     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
548         struct cls_subtable *subtable;
549
550         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
551          * for the tries that are changing and wait all the current readers
552          * with the old configuration to be done. */
553         changed = false;
554         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
555             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
556                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
557                     if (subtable->trie_plen[i]) {
558                         subtable->trie_plen[i] = 0;
559                         changed = true;
560                     }
561                 }
562             }
563         }
564         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
565          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
566         if (changed) {
567             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
568              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
569             ovsrcu_synchronize();
570         }
571
572         /* Now set up the tries. */
573         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
574             if (new_fields[i]) {
575                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
576             }
577         }
578         /* Destroy the rest, if any. */
579         for (; i < cls->n_tries; i++) {
580             trie_init(cls, i, NULL);
581         }
582
583         cls->n_tries = n_tries;
584         ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
585         return true;
586     }
587
588     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
589     return false; /* No change. */
590 }
591
592 static void
593 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
594     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
595 {
596     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
597     struct cls_subtable *subtable;
598
599     if (trie_idx < cls->n_tries) {
600         trie_destroy(&trie->root);
601     } else {
602         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
603     }
604     trie->field = field;
605
606     /* Add existing rules to the new trie. */
607     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
608         unsigned int plen;
609
610         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
611         if (plen) {
612             struct cls_match *head;
613
614             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
615                 struct cls_match *match;
616
617                 FOR_EACH_RULE_IN_LIST (match, head) {
618                     trie_insert(trie, match->cls_rule, plen);
619                 }
620             }
621         }
622         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
623          * allow readers to use the trie. */
624         atomic_thread_fence(memory_order_release);
625         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
626     }
627 }
628
629 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
630  * Checking the cmap requires no locking. */
631 bool
632 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
633 {
634     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
635 }
636
637 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
638 int
639 classifier_count(const struct classifier *cls)
640     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
641 {
642     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
643      * return either the old or a new value. */
644     return cls->n_rules;
645 }
646
647 static uint32_t
648 hash_metadata(ovs_be64 metadata_)
649 {
650     uint64_t metadata = (OVS_FORCE uint64_t) metadata_;
651     return hash_uint64(metadata);
652 }
653
654 static struct cls_partition *
655 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
656 {
657     struct cls_partition *partition;
658
659     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
660         if (partition->metadata == metadata) {
661             return partition;
662         }
663     }
664
665     return NULL;
666 }
667
668 static struct cls_partition *
669 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
670                  ovs_be64 metadata)
671     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
672 {
673     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
674     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
675     if (!partition) {
676         partition = xmalloc(sizeof *partition);
677         partition->metadata = metadata;
678         partition->tags = 0;
679         tag_tracker_init(&partition->tracker);
680         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
681     }
682     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
683     return partition;
684 }
685
686 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
687 {
688     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
689     return MINIFLOW_GET_BE32(&match->flow, tp_src)
690         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask.masks, tp_src);
691 }
692
693 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
694  * must not modify or free it.
695  *
696  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
697  * fixed fields, and priority), replaces the old rule by 'rule' and returns the
698  * rule that was replaced.  The caller takes ownership of the returned rule and
699  * is thus responsible for destroying it with cls_rule_destroy(), freeing the
700  * memory block in which it resides, etc., as necessary.
701  *
702  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
703  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
704  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
705  * superset of their flows and has higher priority. */
706 struct cls_rule *
707 classifier_replace(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
708     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
709 {
710     struct cls_match *old_rule;
711     struct cls_subtable *subtable;
712     struct cls_rule *old_cls_rule = NULL;
713
714     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
715     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
716     if (!subtable) {
717         subtable = insert_subtable(cls, &rule->match.mask);
718     }
719
720     old_rule = insert_rule(cls, subtable, rule);
721     if (!old_rule) {
722         old_cls_rule = NULL;
723
724         rule->cls_match->partition = NULL;
725         if (minimask_get_metadata_mask(&rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
726             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(&rule->match.flow);
727             rule->cls_match->partition = create_partition(cls, subtable,
728                                                           metadata);
729         }
730
731         cls->n_rules++;
732
733         for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
734             if (subtable->trie_plen[i]) {
735                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
736             }
737         }
738
739         /* Ports trie. */
740         if (subtable->ports_mask_len) {
741             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
742              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
743              * and they will always match (== their original value does not
744              * matter). */
745             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
746
747             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
748                                subtable->ports_mask_len);
749         }
750     } else {
751         old_cls_rule = old_rule->cls_rule;
752         rule->cls_match->partition = old_rule->partition;
753         old_cls_rule->cls_match = NULL;
754
755         /* 'old_rule' contains a cmap_node, which may not be freed
756          * immediately. */
757         ovsrcu_postpone(free, old_rule);
758     }
759     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
760     return old_cls_rule;
761 }
762
763 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
764  * must not modify or free it.
765  *
766  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
767  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
768  * such a rule. */
769 void
770 classifier_insert(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
771 {
772     struct cls_rule *displaced_rule = classifier_replace(cls, rule);
773     ovs_assert(!displaced_rule);
774 }
775
776 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
777  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
778  * resides, etc., as necessary. */
779 void
780 classifier_remove(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
781     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
782 {
783     struct cls_partition *partition;
784     struct cls_match *cls_match = rule->cls_match;
785     struct cls_match *head;
786     struct cls_subtable *subtable;
787     int i;
788     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
789     uint8_t prev_be32ofs = 0;
790
791     ovs_assert(cls_match);
792
793     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
794     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
795     ovs_assert(subtable);
796
797     if (subtable->ports_mask_len) {
798         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
799
800         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
801                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
802     }
803     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
804         if (subtable->trie_plen[i]) {
805             trie_remove(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
806         }
807     }
808
809     /* Remove rule node from indices. */
810     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
811         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be32ofs,
812                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
813         cmap_remove(&subtable->indices[i], &cls_match->index_nodes[i],
814                     ihash[i]);
815         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
816     }
817     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S, &basis);
818
819     head = find_equal(subtable, &rule->match.flow, hash);
820     if (head != cls_match) {
821         list_remove(&cls_match->list);
822     } else if (list_is_empty(&cls_match->list)) {
823         cmap_remove(&subtable->rules, &cls_match->cmap_node, hash);
824     } else {
825         struct cls_match *next = CONTAINER_OF(cls_match->list.next,
826                                               struct cls_match, list);
827
828         list_remove(&cls_match->list);
829         cmap_replace(&subtable->rules, &cls_match->cmap_node,
830                      &next->cmap_node, hash);
831     }
832
833     partition = cls_match->partition;
834     if (partition) {
835         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
836                              subtable->tag);
837         if (!partition->tags) {
838             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
839                         hash_metadata(partition->metadata));
840             ovsrcu_postpone(free, partition);
841         }
842     }
843
844     if (--subtable->n_rules == 0) {
845         destroy_subtable(cls, subtable);
846     } else if (subtable->max_priority == cls_match->priority
847                && --subtable->max_count == 0) {
848         /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
849         struct cls_match *head;
850         unsigned int max_priority = 0;
851
852         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
853             if (head->priority > max_priority) {
854                 max_priority = head->priority;
855                 subtable->max_count = 1;
856             } else if (head->priority == max_priority) {
857                 ++subtable->max_count;
858             }
859         }
860         subtable->max_priority = max_priority;
861         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
862     }
863
864     cls->n_rules--;
865
866     rule->cls_match = NULL;
867     ovsrcu_postpone(free, cls_match);
868     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
869 }
870
871 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
872  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
873  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
874  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
875  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
876  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
877 struct trie_ctx {
878     const struct cls_trie *trie;
879     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
880     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
881     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
882     union mf_value match_plens; /* Bitmask of prefix lengths with possible
883                                  * matches. */
884 };
885
886 static void
887 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
888 {
889     ctx->trie = trie;
890     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
891     ctx->lookup_done = false;
892 }
893
894 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow'.
895  * Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.  If multiple rules
896  * of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
897  *
898  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
899  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
900  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
901  * flow_wildcards_init_catchall()). */
902 struct cls_rule *
903 classifier_lookup(const struct classifier *cls, const struct flow *flow,
904                   struct flow_wildcards *wc)
905 {
906     const struct cls_partition *partition;
907     tag_type tags;
908     int64_t best_priority = -1;
909     const struct cls_match *best;
910     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
911     struct cls_subtable *subtable;
912
913     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
914      * when table configuration changes, which happens typically only on
915      * startup. */
916     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
917
918     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
919      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
920      *
921      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
922      *       'tags' for 'partition->tags'.
923      *
924      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
925      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
926      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
927      *
928      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
929      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
930      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
931      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
932      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
933      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
934      * need a special case.
935      */
936     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
937                  ? NULL
938                  : find_partition(cls, flow->metadata,
939                                   hash_metadata(flow->metadata)));
940     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
941
942     /* Initialize trie contexts for match_find_wc(). */
943     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
944         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
945     }
946
947     best = NULL;
948     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY(subtable, best_priority, 2,
949                               sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
950         struct cls_match *rule;
951
952         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
953             continue;
954         }
955
956         rule = find_match_wc(subtable, flow, trie_ctx, cls->n_tries, wc);
957         if (rule && (int64_t)rule->priority > best_priority) {
958             best_priority = (int64_t)rule->priority;
959             best = rule;
960         }
961     }
962
963     return best ? best->cls_rule : NULL;
964 }
965
966 /* Returns true if 'target' satisifies 'match', that is, if each bit for which
967  * 'match' specifies a particular value has the correct value in 'target'.
968  *
969  * 'flow' and 'mask' have the same mask! */
970 static bool
971 miniflow_and_mask_matches_miniflow(const struct miniflow *flow,
972                                    const struct minimask *mask,
973                                    const struct miniflow *target)
974 {
975     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
976     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
977     uint32_t target_u32;
978
979     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(target_u32, target, mask->masks.map) {
980         if ((*flowp++ ^ target_u32) & *maskp++) {
981             return false;
982         }
983     }
984
985     return true;
986 }
987
988 static inline struct cls_match *
989 find_match_miniflow(const struct cls_subtable *subtable,
990                     const struct miniflow *flow,
991                     uint32_t hash)
992 {
993     struct cls_match *rule;
994
995     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
996         if (miniflow_and_mask_matches_miniflow(&rule->flow, &subtable->mask,
997                                                flow)) {
998             return rule;
999         }
1000     }
1001
1002     return NULL;
1003 }
1004
1005 /* For each miniflow in 'flows' performs a classifier lookup writing the result
1006  * into the corresponding slot in 'rules'.  If a particular entry in 'flows' is
1007  * NULL it is skipped.
1008  *
1009  * This function is optimized for use in the userspace datapath and therefore
1010  * does not implement a lot of features available in the standard
1011  * classifier_lookup() function.  Specifically, it does not implement
1012  * priorities, instead returning any rule which matches the flow. */
1013 void
1014 classifier_lookup_miniflow_batch(const struct classifier *cls,
1015                                  const struct miniflow **flows,
1016                                  struct cls_rule **rules, size_t len)
1017 {
1018     struct cls_subtable *subtable;
1019     size_t i, begin = 0;
1020
1021     memset(rules, 0, len * sizeof *rules);
1022     PVECTOR_FOR_EACH (subtable, &cls->subtables) {
1023         for (i = begin; i < len; i++) {
1024             struct cls_match *match;
1025             uint32_t hash;
1026
1027             if (OVS_UNLIKELY(rules[i] || !flows[i])) {
1028                 continue;
1029             }
1030
1031             hash = miniflow_hash_in_minimask(flows[i], &subtable->mask, 0);
1032             match = find_match_miniflow(subtable, flows[i], hash);
1033             if (OVS_UNLIKELY(match)) {
1034                 rules[i] = match->cls_rule;
1035             }
1036         }
1037
1038         while (begin < len && (rules[begin] || !flows[begin])) {
1039             begin++;
1040         }
1041         if (begin >= len) {
1042             break;
1043         }
1044     }
1045 }
1046
1047 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1048  * matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1049  * contain an exact match. */
1050 struct cls_rule *
1051 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1052                              const struct cls_rule *target)
1053     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1054 {
1055     struct cls_match *head, *rule;
1056     struct cls_subtable *subtable;
1057
1058     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1059     subtable = find_subtable(cls, &target->match.mask);
1060     if (!subtable) {
1061         goto out;
1062     }
1063
1064     /* Skip if there is no hope. */
1065     if (target->priority > subtable->max_priority) {
1066         goto out;
1067     }
1068
1069     head = find_equal(subtable, &target->match.flow,
1070                       miniflow_hash_in_minimask(&target->match.flow,
1071                                                 &target->match.mask, 0));
1072     FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1073         if (target->priority >= rule->priority) {
1074             ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1075             return target->priority == rule->priority ? rule->cls_rule : NULL;
1076         }
1077     }
1078 out:
1079     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1080     return NULL;
1081 }
1082
1083 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1084  * same matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1085  * contain an exact match. */
1086 struct cls_rule *
1087 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1088                               const struct match *target,
1089                               unsigned int priority)
1090 {
1091     struct cls_rule *retval;
1092     struct cls_rule cr;
1093
1094     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1095     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr);
1096     cls_rule_destroy(&cr);
1097
1098     return retval;
1099 }
1100
1101 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls'.  Two rules are
1102  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
1103  * could match both. */
1104 bool
1105 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1106                          const struct cls_rule *target)
1107     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1108 {
1109     struct cls_subtable *subtable;
1110     int64_t stop_at_priority = (int64_t)target->priority - 1;
1111
1112     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1113     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1114     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, stop_at_priority, 2,
1115                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1116         uint32_t storage[FLOW_U32S];
1117         struct minimask mask;
1118         struct cls_match *head;
1119
1120         minimask_combine(&mask, &target->match.mask, &subtable->mask, storage);
1121         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
1122             struct cls_match *rule;
1123
1124             FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1125                 if (rule->priority < target->priority) {
1126                     break; /* Rules in descending priority order. */
1127                 }
1128                 if (rule->priority == target->priority
1129                     && miniflow_equal_in_minimask(&target->match.flow,
1130                                                   &rule->flow, &mask)) {
1131                     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1132                     return true;
1133                 }
1134             }
1135         }
1136     }
1137
1138     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1139     return false;
1140 }
1141
1142 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1143  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1144  * function returns true if, for every field:
1145  *
1146  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1147  *     field, or
1148  *
1149  *   - 'criteria' wildcards the field,
1150  *
1151  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1152  * if, for at least one field:
1153  *
1154  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1155  *
1156  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1157  *
1158  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1159  *
1160  *                                     rule
1161  *
1162  *                   c         wildcard    exact
1163  *                   r        +---------+---------+
1164  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1165  *                   t   card |         |         |
1166  *                   e        +---------+---------+
1167  *                   r  exact |    no   |if values|
1168  *                   i        |         |are equal|
1169  *                   a        +---------+---------+
1170  *
1171  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1172  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1173  *
1174  * Ignores rule->priority. */
1175 bool
1176 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1177                         const struct minimatch *criteria)
1178 {
1179     return (!minimask_has_extra(&rule->match.mask, &criteria->mask)
1180             && miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &criteria->flow,
1181                                           &criteria->mask));
1182 }
1183 \f
1184 /* Iteration. */
1185
1186 static bool
1187 rule_matches(const struct cls_match *rule, const struct cls_rule *target)
1188 {
1189     return (!target
1190             || miniflow_equal_in_minimask(&rule->flow,
1191                                           &target->match.flow,
1192                                           &target->match.mask));
1193 }
1194
1195 static struct cls_match *
1196 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1197                 struct cls_cursor *cursor)
1198 {
1199     if (!cursor->target
1200         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, &cursor->target->match.mask)) {
1201         struct cls_match *rule;
1202
1203         CMAP_CURSOR_FOR_EACH (rule, cmap_node, &cursor->rules,
1204                               &subtable->rules) {
1205             if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1206                 return rule;
1207             }
1208         }
1209     }
1210     return NULL;
1211 }
1212
1213 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1214  * first matching cls_rule via '*pnode', or NULL if there are no matches.
1215  *
1216  *     - If 'target' is null, the cursor will visit every rule in 'cls'.
1217  *
1218  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1219  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true.
1220  *
1221  * Ignores target->priority. */
1222 struct cls_cursor cls_cursor_init(const struct classifier *cls,
1223                                   const struct cls_rule *target,
1224                                   void **pnode, const void *offset, bool safe)
1225     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1226 {
1227     struct cls_cursor cursor;
1228     struct cls_subtable *subtable;
1229     struct cls_rule *cls_rule = NULL;
1230
1231     cursor.safe = safe;
1232     cursor.cls = cls;
1233     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1234
1235     /* Find first rule. */
1236     ovs_mutex_lock(&cursor.cls->mutex);
1237     CMAP_CURSOR_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cursor.subtables,
1238                           &cursor.cls->subtables_map) {
1239         struct cls_match *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1240
1241         if (rule) {
1242             cursor.subtable = subtable;
1243             cls_rule = rule->cls_rule;
1244             break;
1245         }
1246     }
1247     *pnode = (char *)cls_rule + (ptrdiff_t)offset;
1248
1249     /* Leave locked if requested and have a rule. */
1250     if (safe || !cls_rule) {
1251         ovs_mutex_unlock(&cursor.cls->mutex);
1252     }
1253     return cursor;
1254 }
1255
1256 static void
1257 cls_cursor_next_unlock(struct cls_cursor *cursor, struct cls_rule *rule)
1258     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1259 {
1260     /* Release the mutex if no rule, or 'safe' mode. */
1261     if (!rule || cursor->safe) {
1262         ovs_mutex_unlock(&cursor->cls->mutex);
1263     }
1264 }
1265
1266 /* Returns the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration, or a null
1267  * pointer if there are no more matches. */
1268 struct cls_rule *
1269 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor, const struct cls_rule *rule_)
1270     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1271 {
1272     struct cls_match *rule = CONST_CAST(struct cls_match *, rule_->cls_match);
1273     const struct cls_subtable *subtable;
1274     struct cls_match *next;
1275
1276     /* Lock if not locked already. */
1277     if (cursor->safe) {
1278         ovs_mutex_lock(&cursor->cls->mutex);
1279     }
1280
1281     next = next_rule_in_list__(rule);
1282     if (next->priority < rule->priority) {
1283         cls_cursor_next_unlock(cursor, next->cls_rule);
1284         return next->cls_rule;
1285     }
1286
1287     /* 'next' is the head of the list, that is, the rule that is included in
1288      * the subtable's map.  (This is important when the classifier contains
1289      * rules that differ only in priority.) */
1290     rule = next;
1291     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (rule, cmap_node, &cursor->rules) {
1292         if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1293             cls_cursor_next_unlock(cursor, rule->cls_rule);
1294             return rule->cls_rule;
1295         }
1296     }
1297
1298     subtable = cursor->subtable;
1299     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, cmap_node, &cursor->subtables) {
1300         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1301         if (rule) {
1302             cursor->subtable = subtable;
1303             cls_cursor_next_unlock(cursor, rule->cls_rule);
1304             return rule->cls_rule;
1305         }
1306     }
1307
1308     ovs_mutex_unlock(&cursor->cls->mutex);
1309     return NULL;
1310 }
1311 \f
1312 static struct cls_subtable *
1313 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1314     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1315 {
1316     struct cls_subtable *subtable;
1317
1318     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1319                              &cls->subtables_map) {
1320         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1321             return subtable;
1322         }
1323     }
1324     return NULL;
1325 }
1326
1327 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1328 static struct cls_subtable *
1329 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1330     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1331 {
1332     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1333     struct cls_subtable *subtable;
1334     int i, index = 0;
1335     struct flow_wildcards old, new;
1336     uint8_t prev;
1337     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1338
1339     subtable = xzalloc(sizeof *subtable - sizeof mask->masks.inline_values
1340                        + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1341     cmap_init(&subtable->rules);
1342     miniflow_clone_inline(&subtable->mask.masks, &mask->masks, count);
1343
1344     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1345     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1346     old = new;
1347     prev = 0;
1348     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1349         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1350                                            cls->flow_segments[i]);
1351         /* Add an index if it adds mask bits. */
1352         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1353             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1354             subtable->index_ofs[index] = cls->flow_segments[i];
1355             index++;
1356             old = new;
1357         }
1358         prev = cls->flow_segments[i];
1359     }
1360     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1361      * and remove the last index if it doesn't. */
1362     if (index > 0) {
1363         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U32S);
1364         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1365             --index;
1366             subtable->index_ofs[index] = 0;
1367             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1368         }
1369     }
1370     subtable->n_indices = index;
1371
1372     subtable->tag = (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1373                      ? tag_create_deterministic(hash)
1374                      : TAG_ALL);
1375
1376     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1377         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1378                                                          cls->tries[i].field);
1379     }
1380
1381     /* Ports trie. */
1382     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1383     subtable->ports_mask_len
1384         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1385
1386     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1387
1388     return subtable;
1389 }
1390
1391 static void
1392 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1393     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1394 {
1395     int i;
1396
1397     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1398     trie_destroy(&subtable->ports_trie);
1399
1400     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1401         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1402     }
1403     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1404                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1405     minimask_destroy(&subtable->mask);
1406     cmap_destroy(&subtable->rules);
1407     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1408 }
1409
1410 struct range {
1411     uint8_t start;
1412     uint8_t end;
1413 };
1414
1415 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1416
1417 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1418  * lookup results. */
1419 static inline bool
1420 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1421             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1422             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1423             struct flow_wildcards *wc)
1424 {
1425     int j;
1426
1427     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1428      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1429      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1430     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1431         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1432         if (field_plen[j]) {
1433             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1434             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1435
1436             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1437             if (be32ofs >= ofs.start && be32ofs < ofs.end) {
1438                 /* On-demand trie lookup. */
1439                 if (!ctx->lookup_done) {
1440                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1441                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1442                                                 &ctx->match_plens);
1443                     ctx->lookup_done = true;
1444                 }
1445                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1446                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1447                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1448                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1449                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1450                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1451                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1452                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1453                      * packet.  Hence the checks below. */
1454
1455                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1456                      * than this subtable would otherwise. */
1457                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1458                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1459                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1460                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1461                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1462                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1463                         return true;
1464                     }
1465                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1466                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1467                         return true;
1468                     }
1469                 }
1470             }
1471         }
1472     }
1473     return false;
1474 }
1475
1476 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1477  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1478  * value has the correct value in 'target'.
1479  *
1480  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1481  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1482  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1483  * takes the 'wc'. */
1484 static inline bool
1485 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1486                                const struct minimask *mask,
1487                                const struct flow *target)
1488 {
1489     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1490     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1491     uint32_t idx;
1492
1493     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1494         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & *maskp++;
1495
1496         if (diff) {
1497             return false;
1498         }
1499     }
1500
1501     return true;
1502 }
1503
1504 static inline struct cls_match *
1505 find_match(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1506            uint32_t hash)
1507 {
1508     struct cls_match *rule;
1509
1510     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1511         if (miniflow_and_mask_matches_flow(&rule->flow, &subtable->mask,
1512                                            flow)) {
1513             return rule;
1514         }
1515     }
1516
1517     return NULL;
1518 }
1519
1520 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1521  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1522  * value has the correct value in 'target'.
1523  *
1524  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1525  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1526 static inline bool
1527 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1528                                   const struct minimask *mask,
1529                                   const struct flow *target,
1530                                   struct flow_wildcards *wc)
1531 {
1532     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1533     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1534     uint32_t idx;
1535
1536     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1537         uint32_t mask = *maskp++;
1538         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & mask;
1539
1540         if (diff) {
1541             /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1542              * exact-matched. */
1543             if (!(flow_u32_value(&wc->masks, idx) & diff)) {
1544                 /* Keep one bit of the difference. */
1545                 *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= rightmost_1bit(diff);
1546             }
1547             return false;
1548         }
1549         /* Fill in the bits that were looked at. */
1550         *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= mask;
1551     }
1552
1553     return true;
1554 }
1555
1556 /* Unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1557 static void
1558 fill_range_wc(const struct cls_subtable *subtable, struct flow_wildcards *wc,
1559               uint8_t to)
1560 {
1561     if (to) {
1562         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, to);
1563     }
1564 }
1565
1566 static struct cls_match *
1567 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1568               struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1569               struct flow_wildcards *wc)
1570 {
1571     uint32_t basis = 0, hash;
1572     struct cls_match *rule;
1573     int i;
1574     struct range ofs;
1575
1576     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1577         return find_match(subtable, flow,
1578                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1579     }
1580
1581     ofs.start = 0;
1582     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1583     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1584         struct cmap_node *inode;
1585
1586         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1587
1588         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1589                         wc)) {
1590             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1591              * bits used so far. */
1592             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1593             return NULL;
1594         }
1595         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1596                                            ofs.end, &basis);
1597         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1598         if (!inode) {
1599             /* No match, can stop immediately, but must fold in the bits
1600              * used in lookup so far. */
1601             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.end);
1602             return NULL;
1603         }
1604
1605         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1606          * that rule matches.  Either way, we're done.
1607          *
1608          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1609          * optimization. */
1610         if (!cmap_node_next(inode)) {
1611             ASSIGN_CONTAINER(rule, inode - i, index_nodes);
1612             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&rule->flow, &subtable->mask,
1613                                                   flow, wc)) {
1614                 return rule;
1615             }
1616             return NULL;
1617         }
1618         ofs.start = ofs.end;
1619     }
1620     ofs.end = FLOW_U32S;
1621     /* Trie check for the final range. */
1622     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1623         fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1624         return NULL;
1625     }
1626     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1627                                        ofs.end, &basis);
1628     rule = find_match(subtable, flow, hash);
1629     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1630         /* Ports are always part of the final range, if any.
1631          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1632          * which ports bits to unwildcard. */
1633         unsigned int mbits;
1634         ovs_be32 value, plens, mask;
1635
1636         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1637         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1638         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1639
1640         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1641             mask & htonl(~0 << (32 - mbits));
1642
1643         /* Unwildcard all bits in the mask upto the ports, as they were used
1644          * to determine there is no match. */
1645         fill_range_wc(subtable, wc, TP_PORTS_OFS32);
1646         return NULL;
1647     }
1648
1649     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1650     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1651     return rule;
1652 }
1653
1654 static struct cls_match *
1655 find_equal(struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1656            uint32_t hash)
1657 {
1658     struct cls_match *head;
1659
1660     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1661         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1662             return head;
1663         }
1664     }
1665     return NULL;
1666 }
1667
1668 /*
1669  * As the readers are operating concurrently with the modifications, a
1670  * concurrent reader may or may not see the new rule, depending on how
1671  * the concurrent events overlap with each other.  This is no
1672  * different from the former locked behavior, but there the visibility
1673  * of the new rule only depended on the timing of the locking
1674  * functions.
1675  *
1676  * The new rule is first added to the segment indices, so the readers
1677  * may find the rule in the indices before the rule is visible in the
1678  * subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
1679  * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
1680  * wildcarding.  This will be fixed by forthcoming revalidation always
1681  * scheduled after flow table changes.
1682  *
1683  * Similar behavior may happen due to us removing the overlapping rule
1684  * (if any) from the indices only after the new rule has been added.
1685  *
1686  * The subtable's max priority is updated only after the rule is
1687  * inserted, so the concurrent readers may not see the rule, as the
1688  * updated priority ordered subtable list will only be visible after
1689  * the subtable's max priority is updated.
1690  *
1691  * Similarly, the classifier's partitions for new rules are updated by
1692  * the caller after this function, so the readers may keep skipping
1693  * the subtable until they see the updated partitions.
1694  */
1695 static struct cls_match *
1696 insert_rule(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
1697             struct cls_rule *new_rule)
1698     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1699 {
1700     struct cls_match *old = NULL;
1701     struct cls_match *new = cls_match_alloc(new_rule);
1702     struct cls_match *head;
1703     int i;
1704     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
1705     uint8_t prev_be32ofs = 0;
1706
1707     /* Add new node to segment indices. */
1708     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1709         ihash[i] = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs,
1710                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
1711         cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
1712         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
1713     }
1714     hash = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S,
1715                                 &basis);
1716     head = find_equal(subtable, &new_rule->match.flow, hash);
1717     if (!head) {
1718         cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
1719         list_init(&new->list);
1720         goto out;
1721     } else {
1722         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
1723          * order of decreasing priority. */
1724         struct cls_match *rule;
1725
1726         FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1727             if (new->priority >= rule->priority) {
1728                 if (rule == head) {
1729                     /* 'new' is the new highest-priority flow in the list. */
1730                     cmap_replace(&subtable->rules, &rule->cmap_node,
1731                                  &new->cmap_node, hash);
1732                 }
1733
1734                 if (new->priority == rule->priority) {
1735                     list_replace(&new->list, &rule->list);
1736                     old = rule;
1737                 } else {
1738                     list_insert(&rule->list, &new->list);
1739                 }
1740                 goto out;
1741             }
1742         }
1743
1744         /* Insert 'new' at the end of the list. */
1745         list_push_back(&head->list, &new->list);
1746     }
1747
1748  out:
1749     if (!old) {
1750         subtable->n_rules++;
1751
1752         /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority'
1753          * and 'max_count', if necessary. */
1754         if (subtable->n_rules == 1) {
1755             subtable->max_priority = new->priority;
1756             subtable->max_count = 1;
1757             pvector_insert(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1758         } else if (subtable->max_priority == new->priority) {
1759             ++subtable->max_count;
1760         } else if (new->priority > subtable->max_priority) {
1761             subtable->max_priority = new->priority;
1762             subtable->max_count = 1;
1763             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1764         }
1765     } else {
1766         /* Remove old node from indices. */
1767         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1768             cmap_remove(&subtable->indices[i], &old->index_nodes[i], ihash[i]);
1769         }
1770     }
1771     return old;
1772 }
1773
1774 static struct cls_match *
1775 next_rule_in_list__(struct cls_match *rule)
1776     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1777 {
1778     struct cls_match *next = OBJECT_CONTAINING(rule->list.next, next, list);
1779     return next;
1780 }
1781
1782 static struct cls_match *
1783 next_rule_in_list(struct cls_match *rule)
1784 {
1785     struct cls_match *next = next_rule_in_list__(rule);
1786     return next->priority < rule->priority ? next : NULL;
1787 }
1788 \f
1789 /* A longest-prefix match tree. */
1790 struct trie_node {
1791     uint32_t prefix;           /* Prefix bits for this node, MSB first. */
1792     uint8_t  n_bits;           /* Never zero, except for the root node. */
1793     unsigned int n_rules;      /* Number of rules that have this prefix. */
1794     rcu_trie_ptr edges[2];     /* Both NULL if leaf. */
1795 };
1796
1797 /* Max bits per node.  Must fit in struct trie_node's 'prefix'.
1798  * Also tested with 16, 8, and 5 to stress the implementation. */
1799 #define TRIE_PREFIX_BITS 32
1800
1801 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1802  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1803  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1804  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1805 static uint32_t
1806 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1807 {
1808     uint32_t prefix;
1809
1810     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1811     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1812
1813     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1814     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1815         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1816     }
1817     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1818     return prefix;
1819 }
1820
1821 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1822  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1823  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1824  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1825  * 'pr'". */
1826 static uint32_t
1827 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1828 {
1829     if (!plen) {
1830         return 0;
1831     }
1832     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1833         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1834     }
1835     /* Return with unwanted bits cleared. */
1836     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1837 }
1838
1839 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1840  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1841 static unsigned int
1842 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1843                   unsigned int ofs)
1844 {
1845     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1846     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1847     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1848 }
1849
1850 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1851  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1852 static unsigned int
1853 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1854                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1855 {
1856     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1857                              prefix, ofs);
1858 }
1859
1860 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1861  * be greater than 31. */
1862 static unsigned int
1863 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1864 {
1865     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1866 }
1867
1868 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
1869  * be between 0 and 31, inclusive. */
1870 static unsigned int
1871 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
1872 {
1873     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
1874 }
1875
1876 /* Create new branch. */
1877 static struct trie_node *
1878 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
1879                    unsigned int n_rules)
1880 {
1881     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
1882
1883     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
1884
1885     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
1886         node->n_bits = plen;
1887         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
1888         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
1889         node->n_rules = n_rules;
1890     } else { /* Need intermediate nodes. */
1891         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
1892                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
1893                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
1894                                                        n_rules);
1895         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
1896         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
1897         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
1898         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
1899         node->n_rules = 0;
1900     }
1901     return node;
1902 }
1903
1904 static void
1905 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
1906 {
1907     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
1908 }
1909
1910 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
1911 static struct trie_node *
1912 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
1913 {
1914     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
1915
1916     *new_node = *node;
1917     trie_node_destroy(node);
1918
1919     return new_node;
1920 }
1921
1922 /* May only be called while holding the classifier mutex. */
1923 static void
1924 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
1925 {
1926     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
1927
1928     if (node) {
1929         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
1930         trie_destroy(&node->edges[0]);
1931         trie_destroy(&node->edges[1]);
1932         trie_node_destroy(node);
1933     }
1934 }
1935
1936 static bool
1937 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
1938 {
1939     /* No children? */
1940     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
1941         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
1942 }
1943
1944 static void
1945 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1946                      unsigned int n_bits)
1947 {
1948     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1949     unsigned int i;
1950
1951     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1952         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
1953     }
1954     if (n_bits % 32) {
1955         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1956     }
1957 }
1958
1959 static bool
1960 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1961                      unsigned int n_bits)
1962 {
1963     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1964     unsigned int i;
1965     ovs_be32 zeroes = 0;
1966
1967     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1968         zeroes |= ~mask[i];
1969     }
1970     if (n_bits % 32) {
1971         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1972     }
1973
1974     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
1975 }
1976
1977 static rcu_trie_ptr *
1978 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1979                unsigned int ofs)
1980 {
1981     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
1982 }
1983
1984 static const struct trie_node *
1985 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1986                unsigned int ofs)
1987 {
1988     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
1989                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
1990 }
1991
1992 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
1993  */
1994 static void
1995 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1996 {
1997     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
1998 }
1999
2000 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
2001  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2002  * matched.
2003  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2004  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2005  * calling this.
2006  */
2007 static unsigned int
2008 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2009                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2010 {
2011     const struct trie_node *prev = NULL;
2012     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2013     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2014
2015     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2016         unsigned int eqbits;
2017         /* Check if this edge can be followed. */
2018         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2019                                    match_len);
2020         match_len += eqbits;
2021         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2022             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2023             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2024         }
2025         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2026         if (node->n_rules > 0) {
2027             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2028         }
2029         if (match_len >= n_bits) {
2030             return n_bits; /* Full prefix. */
2031         }
2032     }
2033     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2034      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2035      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2036      * node). */
2037     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2038 }
2039
2040 static unsigned int
2041 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2042             union mf_value *plens)
2043 {
2044     const struct mf_field *mf = trie->field;
2045
2046     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2047      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2048      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2049     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2050         return trie_lookup_value(&trie->root,
2051                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2052                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2053     }
2054     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2055     return 0; /* Value not used in this case. */
2056 }
2057
2058 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2059  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2060  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2061 static unsigned int
2062 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2063                         const struct mf_field *mf)
2064 {
2065     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2066     uint8_t u32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2067     uint8_t u32_end = u32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2068
2069     for (; u32_ofs < u32_end; ++u32_ofs) {
2070         uint32_t mask;
2071         mask = ntohl((OVS_FORCE ovs_be32)minimask_get(minimask, u32_ofs));
2072
2073         /* Validate mask, count the mask length. */
2074         if (mask_tz) {
2075             if (mask) {
2076                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2077             }
2078         } else {
2079             if (~mask & (~mask + 1)) {
2080                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2081             }
2082             mask_tz = ctz32(mask);
2083             n_bits += 32 - mask_tz;
2084         }
2085     }
2086
2087     return n_bits;
2088 }
2089
2090 /*
2091  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2092  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2093  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2094  * happened to be zeros.
2095  */
2096 static const ovs_be32 *
2097 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2098 {
2099     return miniflow_get_be32_values(&match->flow) +
2100         count_1bits(match->flow.map & ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs) - 1));
2101 }
2102
2103 /* Insert rule in to the prefix tree.
2104  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2105  * in 'rule'. */
2106 static void
2107 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2108 {
2109     trie_insert_prefix(&trie->root,
2110                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2111 }
2112
2113 static void
2114 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2115 {
2116     struct trie_node *node;
2117     int ofs = 0;
2118
2119     /* Walk the tree. */
2120     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2121          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2122         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2123         ofs += eqbits;
2124         if (eqbits < node->n_bits) {
2125             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2126             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2127             struct trie_node *new_parent;
2128
2129             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2130                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2131             /* Copy the node to modify it. */
2132             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2133             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2134             node->prefix <<= eqbits;
2135             node->n_bits -= eqbits;
2136             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2137
2138             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2139             if (ofs < mlen) {
2140                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2141                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2142                                                      1));
2143             }
2144             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2145             return;
2146         }
2147         /* Full match so far. */
2148
2149         if (ofs == mlen) {
2150             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2151             node->n_rules++;
2152             return;
2153         }
2154     }
2155     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2156     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2157 }
2158
2159 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2160  * in 'rule'. */
2161 static void
2162 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2163 {
2164     trie_remove_prefix(&trie->root,
2165                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2166 }
2167
2168 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2169  * in 'rule'. */
2170 static void
2171 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2172 {
2173     struct trie_node *node;
2174     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2175     int depth = 0, ofs = 0;
2176
2177     /* Walk the tree. */
2178     for (edges[0] = root;
2179          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2180          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2181         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2182
2183         if (eqbits < node->n_bits) {
2184             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2185              * only rules in the classifier are ever removed. */
2186             break; /* Log a warning. */
2187         }
2188         /* Full match so far. */
2189         ofs += eqbits;
2190
2191         if (ofs == mlen) {
2192             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2193             if (!node->n_rules) {
2194                 break; /* Log a warning. */
2195             }
2196             node->n_rules--;
2197
2198             /* Check if can prune the tree. */
2199             while (!node->n_rules) {
2200                 struct trie_node *next,
2201                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2202                                                   &node->edges[0]),
2203                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2204                                                   &node->edges[1]);
2205
2206                 if (edge0 && edge1) {
2207                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2208                 }
2209
2210                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2211                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2212
2213                 if (next) {
2214                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2215                         break;   /* Cannot combine. */
2216                     }
2217                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2218
2219                     /* Combine node with next. */
2220                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2221                     next->n_bits += node->n_bits;
2222                 }
2223                 /* Update the parent's edge. */
2224                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2225                 trie_node_destroy(node);
2226
2227                 if (next || !depth) {
2228                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2229                     break;
2230                 }
2231                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2232                                             edges[--depth]);
2233             }
2234             return;
2235         }
2236     }
2237     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2238      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2239     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2240 }