flow: Add struct flowmap.
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 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 "classifier-private.h"
20 #include <errno.h>
21 #include <netinet/in.h>
22 #include "byte-order.h"
23 #include "dynamic-string.h"
24 #include "odp-util.h"
25 #include "ofp-util.h"
26 #include "packets.h"
27 #include "util.h"
28 #include "openvswitch/vlog.h"
29
30 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
31
32 struct trie_ctx;
33
34 /* A collection of "struct cls_conjunction"s currently embedded into a
35  * cls_match. */
36 struct cls_conjunction_set {
37     /* Link back to the cls_match.
38      *
39      * cls_conjunction_set is mostly used during classifier lookup, and, in
40      * turn, during classifier lookup the most used member of
41      * cls_conjunction_set is the rule's priority, so we cache it here for fast
42      * access. */
43     struct cls_match *match;
44     int priority;               /* Cached copy of match->priority. */
45
46     /* Conjunction information.
47      *
48      * 'min_n_clauses' allows some optimization during classifier lookup. */
49     unsigned int n;             /* Number of elements in 'conj'. */
50     unsigned int min_n_clauses; /* Smallest 'n' among elements of 'conj'. */
51     struct cls_conjunction conj[];
52 };
53
54 /* Ports trie depends on both ports sharing the same ovs_be32. */
55 #define TP_PORTS_OFS32 (offsetof(struct flow, tp_src) / 4)
56 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 == offsetof(struct flow, tp_dst) / 4);
57 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 % 2 == 0);
58 #define TP_PORTS_OFS64 (TP_PORTS_OFS32 / 2)
59
60 static size_t
61 cls_conjunction_set_size(size_t n)
62 {
63     return (sizeof(struct cls_conjunction_set)
64             + n * sizeof(struct cls_conjunction));
65 }
66
67 static struct cls_conjunction_set *
68 cls_conjunction_set_alloc(struct cls_match *match,
69                           const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
70 {
71     if (n) {
72         size_t min_n_clauses = conj[0].n_clauses;
73         for (size_t i = 1; i < n; i++) {
74             min_n_clauses = MIN(min_n_clauses, conj[i].n_clauses);
75         }
76
77         struct cls_conjunction_set *set = xmalloc(cls_conjunction_set_size(n));
78         set->match = match;
79         set->priority = match->priority;
80         set->n = n;
81         set->min_n_clauses = min_n_clauses;
82         memcpy(set->conj, conj, n * sizeof *conj);
83         return set;
84     } else {
85         return NULL;
86     }
87 }
88
89 static struct cls_match *
90 cls_match_alloc(const struct cls_rule *rule, cls_version_t version,
91                 const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
92 {
93     size_t count = miniflow_n_values(rule->match.flow);
94
95     struct cls_match *cls_match
96         = xmalloc(sizeof *cls_match + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
97
98     ovsrcu_init(&cls_match->next, NULL);
99     *CONST_CAST(const struct cls_rule **, &cls_match->cls_rule) = rule;
100     *CONST_CAST(int *, &cls_match->priority) = rule->priority;
101     *CONST_CAST(cls_version_t *, &cls_match->add_version) = version;
102     atomic_init(&cls_match->remove_version, version);   /* Initially
103                                                          * invisible. */
104     miniflow_clone(CONST_CAST(struct miniflow *, &cls_match->flow),
105                    rule->match.flow, count);
106     ovsrcu_set_hidden(&cls_match->conj_set,
107                       cls_conjunction_set_alloc(cls_match, conj, n));
108
109     return cls_match;
110 }
111
112 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *cls,
113                                           const struct minimask *);
114 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *cls,
115                                             const struct minimask *);
116 static void destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *);
117
118 static const struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
119                                              cls_version_t version,
120                                              const struct flow *,
121                                              struct trie_ctx *,
122                                              unsigned int n_tries,
123                                              struct flow_wildcards *);
124 static struct cls_match *find_equal(const struct cls_subtable *,
125                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
126
127 /* Return the next visible (lower-priority) rule in the list.  Multiple
128  * identical rules with the same priority may exist transitionally, but when
129  * versioning is used at most one of them is ever visible for lookups on any
130  * given 'version'. */
131 static inline const struct cls_match *
132 next_visible_rule_in_list(const struct cls_match *rule, cls_version_t version)
133 {
134     do {
135         rule = cls_match_next(rule);
136     } while (rule && !cls_match_visible_in_version(rule, version));
137
138     return rule;
139 }
140
141 /* Type with maximum supported prefix length. */
142 union trie_prefix {
143     struct in6_addr ipv6;  /* For sizing. */
144     ovs_be32 be32;         /* For access. */
145 };
146
147 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
148                                             const struct mf_field *);
149 static void trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
150                       const struct mf_field *);
151 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
152                                 union trie_prefix *plens);
153 static unsigned int trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *,
154                                       const ovs_be32 value[], ovs_be32 plens[],
155                                       unsigned int value_bits);
156 static void trie_destroy(rcu_trie_ptr *);
157 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
158 static void trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
159                                int mlen);
160 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
161 static void trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
162                                int mlen);
163 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
164                                  unsigned int n_bits);
165 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
166                                  uint8_t be32ofs, unsigned int n_bits);
167 \f
168 /* cls_rule. */
169
170 static inline void
171 cls_rule_init__(struct cls_rule *rule, unsigned int priority)
172 {
173     rculist_init(&rule->node);
174     *CONST_CAST(int *, &rule->priority) = priority;
175     rule->cls_match = NULL;
176 }
177
178 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
179  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
180  * the definition of struct match.
181  *
182  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
183  *
184  * Clients should not use priority INT_MIN.  (OpenFlow uses priorities between
185  * 0 and UINT16_MAX, inclusive.) */
186 void
187 cls_rule_init(struct cls_rule *rule, const struct match *match, int priority)
188 {
189     cls_rule_init__(rule, priority);
190     minimatch_init(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
191 }
192
193 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
194 void
195 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
196                              const struct minimatch *match, int priority)
197 {
198     cls_rule_init__(rule, priority);
199     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
200 }
201
202 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
203  *
204  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
205 void
206 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
207 {
208     cls_rule_init__(dst, src->priority);
209     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match), &src->match);
210 }
211
212 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
213  *
214  * 'src' must be a cls_rule NOT in a classifier.
215  *
216  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
217 void
218 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
219 {
220     cls_rule_init__(dst, src->priority);
221     minimatch_move(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match),
222                    CONST_CAST(struct minimatch *, &src->match));
223 }
224
225 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
226  * normally embedded into a larger structure).
227  *
228  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
229 void
230 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
231     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
232 {
233     ovs_assert(!rule->cls_match);   /* Must not be in a classifier. */
234
235     /* Check that the rule has been properly removed from the classifier. */
236     ovs_assert(rule->node.prev == RCULIST_POISON
237                || rculist_is_empty(&rule->node));
238     rculist_poison__(&rule->node);   /* Poisons also the next pointer. */
239
240     minimatch_destroy(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match));
241 }
242
243 void
244 cls_rule_set_conjunctions(struct cls_rule *cr,
245                           const struct cls_conjunction *conj, size_t n)
246 {
247     struct cls_match *match = cr->cls_match;
248     struct cls_conjunction_set *old
249         = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
250     struct cls_conjunction *old_conj = old ? old->conj : NULL;
251     unsigned int old_n = old ? old->n : 0;
252
253     if (old_n != n || (n && memcmp(old_conj, conj, n * sizeof *conj))) {
254         if (old) {
255             ovsrcu_postpone(free, old);
256         }
257         ovsrcu_set(&match->conj_set,
258                    cls_conjunction_set_alloc(match, conj, n));
259     }
260 }
261
262
263 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
264  * false if they differ in some way. */
265 bool
266 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
267 {
268     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
269 }
270
271 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
272 void
273 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
274 {
275     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
276 }
277
278 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
279 bool
280 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
281 {
282     return minimask_is_catchall(rule->match.mask);
283 }
284
285 /* Makes 'rule' invisible in 'remove_version'.  Once that version is used in
286  * lookups, the caller should remove 'rule' via ovsrcu_postpone().
287  *
288  * 'rule' must be in a classifier. */
289 void
290 cls_rule_make_invisible_in_version(const struct cls_rule *rule,
291                                    cls_version_t remove_version)
292 {
293     ovs_assert(remove_version >= rule->cls_match->add_version);
294
295     cls_match_set_remove_version(rule->cls_match, remove_version);
296 }
297
298 /* This undoes the change made by cls_rule_make_invisible_in_version().
299  *
300  * 'rule' must be in a classifier. */
301 void
302 cls_rule_restore_visibility(const struct cls_rule *rule)
303 {
304     cls_match_set_remove_version(rule->cls_match, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
305 }
306
307 /* Return true if 'rule' is visible in 'version'.
308  *
309  * 'rule' must be in a classifier. */
310 bool
311 cls_rule_visible_in_version(const struct cls_rule *rule, cls_version_t version)
312 {
313     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version);
314 }
315 \f
316 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
317  * rules. */
318 void
319 classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
320 {
321     cls->n_rules = 0;
322     cmap_init(&cls->subtables_map);
323     pvector_init(&cls->subtables);
324     cmap_init(&cls->partitions);
325     cls->n_flow_segments = 0;
326     if (flow_segments) {
327         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
328                && *flow_segments < FLOW_U64S) {
329             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
330         }
331     }
332     cls->n_tries = 0;
333     for (int i = 0; i < CLS_MAX_TRIES; i++) {
334         trie_init(cls, i, NULL);
335     }
336     cls->publish = true;
337 }
338
339 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
340  * caller's responsibility.
341  * May only be called after all the readers have been terminated. */
342 void
343 classifier_destroy(struct classifier *cls)
344 {
345     if (cls) {
346         struct cls_partition *partition;
347         struct cls_subtable *subtable;
348         int i;
349
350         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
351             trie_destroy(&cls->tries[i].root);
352         }
353
354         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
355             destroy_subtable(cls, subtable);
356         }
357         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
358
359         CMAP_FOR_EACH (partition, cmap_node, &cls->partitions) {
360             ovsrcu_postpone(free, partition);
361         }
362         cmap_destroy(&cls->partitions);
363
364         pvector_destroy(&cls->subtables);
365     }
366 }
367
368 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
369 bool
370 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
371                              const enum mf_field_id *trie_fields,
372                              unsigned int n_fields)
373 {
374     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
375     struct mf_bitmap fields = MF_BITMAP_INITIALIZER;
376     int i, n_tries = 0;
377     bool changed = false;
378
379     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
380         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
381         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
382             /* Incompatible field.  This is the only place where we
383              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
384              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
385              * field length to be a multiple of 32 bits. */
386             continue;
387         }
388
389         if (bitmap_is_set(fields.bm, trie_fields[i])) {
390             /* Duplicate field, there is no need to build more than
391              * one index for any one field. */
392             continue;
393         }
394         bitmap_set1(fields.bm, trie_fields[i]);
395
396         new_fields[n_tries] = NULL;
397         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
398             new_fields[n_tries] = field;
399             changed = true;
400         }
401         n_tries++;
402     }
403
404     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
405         struct cls_subtable *subtable;
406
407         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
408          * for the tries that are changing and wait all the current readers
409          * with the old configuration to be done. */
410         changed = false;
411         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
412             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
413                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
414                     if (subtable->trie_plen[i]) {
415                         subtable->trie_plen[i] = 0;
416                         changed = true;
417                     }
418                 }
419             }
420         }
421         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
422          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
423         if (changed) {
424             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
425              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
426             ovsrcu_synchronize();
427         }
428
429         /* Now set up the tries. */
430         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
431             if (new_fields[i]) {
432                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
433             }
434         }
435         /* Destroy the rest, if any. */
436         for (; i < cls->n_tries; i++) {
437             trie_init(cls, i, NULL);
438         }
439
440         cls->n_tries = n_tries;
441         return true;
442     }
443
444     return false; /* No change. */
445 }
446
447 static void
448 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
449 {
450     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
451     struct cls_subtable *subtable;
452
453     if (trie_idx < cls->n_tries) {
454         trie_destroy(&trie->root);
455     } else {
456         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
457     }
458     trie->field = field;
459
460     /* Add existing rules to the new trie. */
461     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
462         unsigned int plen;
463
464         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
465         if (plen) {
466             struct cls_match *head;
467
468             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
469                 trie_insert(trie, head->cls_rule, plen);
470             }
471         }
472         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
473          * allow readers to use the trie. */
474         atomic_thread_fence(memory_order_release);
475         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
476     }
477 }
478
479 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
480  * Checking the cmap requires no locking. */
481 bool
482 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
483 {
484     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
485 }
486
487 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
488 int
489 classifier_count(const struct classifier *cls)
490 {
491     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
492      * return either the old or a new value. */
493     return cls->n_rules;
494 }
495
496 static uint32_t
497 hash_metadata(ovs_be64 metadata)
498 {
499     return hash_uint64((OVS_FORCE uint64_t) metadata);
500 }
501
502 static struct cls_partition *
503 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
504 {
505     struct cls_partition *partition;
506
507     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
508         if (partition->metadata == metadata) {
509             return partition;
510         }
511     }
512
513     return NULL;
514 }
515
516 static struct cls_partition *
517 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
518                  ovs_be64 metadata)
519 {
520     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
521     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
522     if (!partition) {
523         partition = xmalloc(sizeof *partition);
524         partition->metadata = metadata;
525         partition->tags = 0;
526         tag_tracker_init(&partition->tracker);
527         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
528     }
529     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
530     return partition;
531 }
532
533 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
534 {
535     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
536     return MINIFLOW_GET_BE32(match->flow, tp_src)
537         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask->masks, tp_src);
538 }
539
540 static void
541 subtable_replace_head_rule(struct classifier *cls OVS_UNUSED,
542                            struct cls_subtable *subtable,
543                            struct cls_match *head, struct cls_match *new,
544                            uint32_t hash, uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES])
545 {
546     /* Rule's data is already in the tries. */
547
548     new->partition = head->partition; /* Steal partition, if any. */
549     head->partition = NULL;
550
551     for (int i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
552         cmap_replace(&subtable->indices[i], &head->index_nodes[i],
553                      &new->index_nodes[i], ihash[i]);
554     }
555     cmap_replace(&subtable->rules, &head->cmap_node, &new->cmap_node, hash);
556 }
557
558 /* Inserts 'rule' into 'cls' in 'version'.  Until 'rule' is removed from 'cls',
559  * the caller must not modify or free it.
560  *
561  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
562  * fixed fields, and priority) that is visible in 'version', replaces the old
563  * rule by 'rule' and returns the rule that was replaced.  The caller takes
564  * ownership of the returned rule and is thus responsible for destroying it
565  * with cls_rule_destroy(), after RCU grace period has passed (see
566  * ovsrcu_postpone()).
567  *
568  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
569  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
570  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
571  * superset of their flows and has higher priority.
572  */
573 const struct cls_rule *
574 classifier_replace(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
575                    cls_version_t version,
576                    const struct cls_conjunction *conjs, size_t n_conjs)
577 {
578     struct cls_match *new;
579     struct cls_subtable *subtable;
580     uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES];
581     struct cls_match *head;
582     unsigned int mask_offset;
583     size_t n_rules = 0;
584     uint32_t basis;
585     uint32_t hash;
586     unsigned int i;
587
588     /* 'new' is initially invisible to lookups. */
589     new = cls_match_alloc(rule, version, conjs, n_conjs);
590
591     CONST_CAST(struct cls_rule *, rule)->cls_match = new;
592
593     subtable = find_subtable(cls, rule->match.mask);
594     if (!subtable) {
595         subtable = insert_subtable(cls, rule->match.mask);
596     }
597
598     /* Compute hashes in segments. */
599     basis = 0;
600     mask_offset = 0;
601     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
602         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, subtable->index_maps[i],
603                                         &mask_offset, &basis);
604     }
605     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, subtable->index_maps[i],
606                                 &mask_offset, &basis);
607
608     head = find_equal(subtable, rule->match.flow, hash);
609     if (!head) {
610         /* Add rule to tries.
611          *
612          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
613          * which might require being fixed up by revalidation later. */
614         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
615             if (subtable->trie_plen[i]) {
616                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
617             }
618         }
619
620         /* Add rule to ports trie. */
621         if (subtable->ports_mask_len) {
622             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
623              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
624              * and they will always match (== their original value does not
625              * matter). */
626             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
627
628             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
629                                subtable->ports_mask_len);
630         }
631
632         /* Add rule to partitions.
633          *
634          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
635          * which might require being fixed up by revalidation later. */
636         new->partition = NULL;
637         if (minimask_get_metadata_mask(rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
638             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(rule->match.flow);
639
640             new->partition = create_partition(cls, subtable, metadata);
641         }
642
643         /* Add new node to segment indices.
644          *
645          * Readers may find the rule in the indices before the rule is visible
646          * in the subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
647          * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
648          * wildcarding.  This will be fixed later by revalidation (always
649          * scheduled after flow table changes). */
650         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
651             cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
652         }
653         n_rules = cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
654     } else {   /* Equal rules exist in the classifier already. */
655         struct cls_match *prev, *iter;
656
657         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
658          * order of decreasing priority.  Insert after rules marked invisible
659          * in any version of the same priority. */
660         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
661             if (rule->priority > iter->priority
662                 || (rule->priority == iter->priority
663                     && !cls_match_is_eventually_invisible(iter))) {
664                 break;
665             }
666         }
667
668         /* Replace 'iter' with 'new' or insert 'new' between 'prev' and
669          * 'iter'. */
670         if (iter) {
671             struct cls_rule *old;
672
673             if (rule->priority == iter->priority) {
674                 cls_match_replace(prev, iter, new);
675                 old = CONST_CAST(struct cls_rule *, iter->cls_rule);
676             } else {
677                 cls_match_insert(prev, iter, new);
678                 old = NULL;
679             }
680
681             /* Replace the existing head in data structures, if rule is the new
682              * head. */
683             if (iter == head) {
684                 subtable_replace_head_rule(cls, subtable, head, new, hash,
685                                            ihash);
686             }
687
688             if (old) {
689                 struct cls_conjunction_set *conj_set;
690
691                 conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
692                                                 &iter->conj_set);
693                 if (conj_set) {
694                     ovsrcu_postpone(free, conj_set);
695                 }
696
697                 ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, iter);
698                 old->cls_match = NULL;
699
700                 /* No change in subtable's max priority or max count. */
701
702                 /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
703                 cls_match_set_remove_version(new, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
704
705                 /* Make rule visible to iterators (immediately). */
706                 rculist_replace(CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node),
707                                 &old->node);
708
709                 /* Return displaced rule.  Caller is responsible for keeping it
710                  * around until all threads quiesce. */
711                 return old;
712             }
713         } else {
714             /* 'new' is new node after 'prev' */
715             cls_match_insert(prev, iter, new);
716         }
717     }
718
719     /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
720     cls_match_set_remove_version(new, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
721
722     /* Make rule visible to iterators (immediately). */
723     rculist_push_back(&subtable->rules_list,
724                       CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node));
725
726     /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority' and
727      * 'max_count', if necessary.
728      *
729      * The rule was already inserted, but concurrent readers may not see the
730      * rule yet as the subtables vector is not updated yet.  This will have to
731      * be fixed by revalidation later. */
732     if (n_rules == 1) {
733         subtable->max_priority = rule->priority;
734         subtable->max_count = 1;
735         pvector_insert(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
736     } else if (rule->priority == subtable->max_priority) {
737         ++subtable->max_count;
738     } else if (rule->priority > subtable->max_priority) {
739         subtable->max_priority = rule->priority;
740         subtable->max_count = 1;
741         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
742     }
743
744     /* Nothing was replaced. */
745     cls->n_rules++;
746
747     if (cls->publish) {
748         pvector_publish(&cls->subtables);
749     }
750
751     return NULL;
752 }
753
754 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
755  * must not modify or free it.
756  *
757  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
758  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
759  * such a rule. */
760 void
761 classifier_insert(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
762                   cls_version_t version, const struct cls_conjunction conj[],
763                   size_t n_conj)
764 {
765     const struct cls_rule *displaced_rule
766         = classifier_replace(cls, rule, version, conj, n_conj);
767     ovs_assert(!displaced_rule);
768 }
769
770 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
771  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
772  * resides, etc., as necessary.
773  *
774  * Does nothing if 'rule' has been already removed, or was never inserted.
775  *
776  * Returns the removed rule, or NULL, if it was already removed.
777  */
778 const struct cls_rule *
779 classifier_remove(struct classifier *cls, const struct cls_rule *cls_rule)
780 {
781     struct cls_match *rule, *prev, *next, *head;
782     struct cls_partition *partition;
783     struct cls_conjunction_set *conj_set;
784     struct cls_subtable *subtable;
785     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
786     unsigned int mask_offset;
787     size_t n_rules;
788     unsigned int i;
789
790     rule = cls_rule->cls_match;
791     if (!rule) {
792         return NULL;
793     }
794     /* Mark as removed. */
795     CONST_CAST(struct cls_rule *, cls_rule)->cls_match = NULL;
796
797     /* Remove 'cls_rule' from the subtable's rules list. */
798     rculist_remove(CONST_CAST(struct rculist *, &cls_rule->node));
799
800     subtable = find_subtable(cls, cls_rule->match.mask);
801     ovs_assert(subtable);
802
803     mask_offset = 0;
804     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
805         ihash[i] = minimatch_hash_range(&cls_rule->match,
806                                         subtable->index_maps[i],
807                                         &mask_offset, &basis);
808     }
809     hash = minimatch_hash_range(&cls_rule->match, subtable->index_maps[i],
810                                 &mask_offset, &basis);
811
812     head = find_equal(subtable, cls_rule->match.flow, hash);
813
814     /* Check if the rule is not the head rule. */
815     if (rule != head) {
816         struct cls_match *iter;
817
818         /* Not the head rule, but potentially one with the same priority. */
819         /* Remove from the list of equal rules. */
820         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
821             if (rule == iter) {
822                 break;
823             }
824         }
825         ovs_assert(iter == rule);
826
827         cls_match_remove(prev, rule);
828
829         goto check_priority;
830     }
831
832     /* 'rule' is the head rule.  Check if there is another rule to
833      * replace 'rule' in the data structures. */
834     next = cls_match_next_protected(rule);
835     if (next) {
836         subtable_replace_head_rule(cls, subtable, rule, next, hash, ihash);
837         goto check_priority;
838     }
839
840     /* 'rule' is last of the kind in the classifier, must remove from all the
841      * data structures. */
842
843     if (subtable->ports_mask_len) {
844         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&cls_rule->match);
845
846         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
847                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
848     }
849     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
850         if (subtable->trie_plen[i]) {
851             trie_remove(&cls->tries[i], cls_rule, subtable->trie_plen[i]);
852         }
853     }
854
855     /* Remove rule node from indices. */
856     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
857         cmap_remove(&subtable->indices[i], &rule->index_nodes[i], ihash[i]);
858     }
859     n_rules = cmap_remove(&subtable->rules, &rule->cmap_node, hash);
860
861     partition = rule->partition;
862     if (partition) {
863         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
864                              subtable->tag);
865         if (!partition->tags) {
866             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
867                         hash_metadata(partition->metadata));
868             ovsrcu_postpone(free, partition);
869         }
870     }
871
872     if (n_rules == 0) {
873         destroy_subtable(cls, subtable);
874     } else {
875 check_priority:
876         if (subtable->max_priority == rule->priority
877             && --subtable->max_count == 0) {
878             /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
879             int max_priority = INT_MIN;
880             struct cls_match *head;
881
882             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
883                 if (head->priority > max_priority) {
884                     max_priority = head->priority;
885                     subtable->max_count = 1;
886                 } else if (head->priority == max_priority) {
887                     ++subtable->max_count;
888                 }
889             }
890             subtable->max_priority = max_priority;
891             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
892         }
893     }
894
895     if (cls->publish) {
896         pvector_publish(&cls->subtables);
897     }
898
899     /* free the rule. */
900     conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
901                                     &rule->conj_set);
902     if (conj_set) {
903         ovsrcu_postpone(free, conj_set);
904     }
905     ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, rule);
906     cls->n_rules--;
907
908     return cls_rule;
909 }
910
911 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
912  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
913  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
914  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
915  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
916  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
917 struct trie_ctx {
918     const struct cls_trie *trie;
919     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
920     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
921     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
922     union trie_prefix match_plens;  /* Bitmask of prefix lengths with possible
923                                      * matches. */
924 };
925
926 static void
927 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
928 {
929     ctx->trie = trie;
930     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
931     ctx->lookup_done = false;
932 }
933
934 struct conjunctive_match {
935     struct hmap_node hmap_node;
936     uint32_t id;
937     uint64_t clauses;
938 };
939
940 static struct conjunctive_match *
941 find_conjunctive_match__(struct hmap *matches, uint64_t id, uint32_t hash)
942 {
943     struct conjunctive_match *m;
944
945     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (m, hmap_node, hash, matches) {
946         if (m->id == id) {
947             return m;
948         }
949     }
950     return NULL;
951 }
952
953 static bool
954 find_conjunctive_match(const struct cls_conjunction_set *set,
955                        unsigned int max_n_clauses, struct hmap *matches,
956                        struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs,
957                        uint32_t *idp)
958 {
959     const struct cls_conjunction *c;
960
961     if (max_n_clauses < set->min_n_clauses) {
962         return false;
963     }
964
965     for (c = set->conj; c < &set->conj[set->n]; c++) {
966         struct conjunctive_match *cm;
967         uint32_t hash;
968
969         if (c->n_clauses > max_n_clauses) {
970             continue;
971         }
972
973         hash = hash_int(c->id, 0);
974         cm = find_conjunctive_match__(matches, c->id, hash);
975         if (!cm) {
976             size_t n = hmap_count(matches);
977
978             cm = n < n_cm_stubs ? &cm_stubs[n] : xmalloc(sizeof *cm);
979             hmap_insert(matches, &cm->hmap_node, hash);
980             cm->id = c->id;
981             cm->clauses = UINT64_MAX << (c->n_clauses & 63);
982         }
983         cm->clauses |= UINT64_C(1) << c->clause;
984         if (cm->clauses == UINT64_MAX) {
985             *idp = cm->id;
986             return true;
987         }
988     }
989     return false;
990 }
991
992 static void
993 free_conjunctive_matches(struct hmap *matches,
994                          struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs)
995 {
996     if (hmap_count(matches) > n_cm_stubs) {
997         struct conjunctive_match *cm, *next;
998
999         HMAP_FOR_EACH_SAFE (cm, next, hmap_node, matches) {
1000             if (!(cm >= cm_stubs && cm < &cm_stubs[n_cm_stubs])) {
1001                 free(cm);
1002             }
1003         }
1004     }
1005     hmap_destroy(matches);
1006 }
1007
1008 /* Like classifier_lookup(), except that support for conjunctive matches can be
1009  * configured with 'allow_conjunctive_matches'.  That feature is not exposed
1010  * externally because turning off conjunctive matches is only useful to avoid
1011  * recursion within this function itself.
1012  *
1013  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1014  * Any changes are restored before returning. */
1015 static const struct cls_rule *
1016 classifier_lookup__(const struct classifier *cls, cls_version_t version,
1017                     struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc,
1018                     bool allow_conjunctive_matches)
1019 {
1020     const struct cls_partition *partition;
1021     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
1022     const struct cls_match *match;
1023     tag_type tags;
1024
1025     /* Highest-priority flow in 'cls' that certainly matches 'flow'. */
1026     const struct cls_match *hard = NULL;
1027     int hard_pri = INT_MIN;     /* hard ? hard->priority : INT_MIN. */
1028
1029     /* Highest-priority conjunctive flows in 'cls' matching 'flow'.  Since
1030      * these are (components of) conjunctive flows, we can only know whether
1031      * the full conjunctive flow matches after seeing multiple of them.  Thus,
1032      * we refer to these as "soft matches". */
1033     struct cls_conjunction_set *soft_stub[64];
1034     struct cls_conjunction_set **soft = soft_stub;
1035     size_t n_soft = 0, allocated_soft = ARRAY_SIZE(soft_stub);
1036     int soft_pri = INT_MIN;    /* n_soft ? MAX(soft[*]->priority) : INT_MIN. */
1037
1038     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
1039      * when table configuration changes, which happens typically only on
1040      * startup. */
1041     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
1042
1043     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
1044      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
1045      *
1046      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
1047      *       'tags' for 'partition->tags'.
1048      *
1049      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
1050      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
1051      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
1052      *
1053      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
1054      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
1055      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
1056      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
1057      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
1058      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
1059      * need a special case.
1060      */
1061     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
1062                  ? NULL
1063                  : find_partition(cls, flow->metadata,
1064                                   hash_metadata(flow->metadata)));
1065     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
1066
1067     /* Initialize trie contexts for find_match_wc(). */
1068     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1069         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
1070     }
1071
1072     /* Main loop. */
1073     struct cls_subtable *subtable;
1074     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, hard_pri, 2, sizeof *subtable,
1075                                &cls->subtables) {
1076         struct cls_conjunction_set *conj_set;
1077
1078         /* Skip subtables not in our partition. */
1079         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
1080             continue;
1081         }
1082
1083         /* Skip subtables with no match, or where the match is lower-priority
1084          * than some certain match we've already found. */
1085         match = find_match_wc(subtable, version, flow, trie_ctx, cls->n_tries,
1086                               wc);
1087         if (!match || match->priority <= hard_pri) {
1088             continue;
1089         }
1090
1091         conj_set = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
1092         if (!conj_set) {
1093             /* 'match' isn't part of a conjunctive match.  It's the best
1094              * certain match we've got so far, since we know that it's
1095              * higher-priority than hard_pri.
1096              *
1097              * (There might be a higher-priority conjunctive match.  We can't
1098              * tell yet.) */
1099             hard = match;
1100             hard_pri = hard->priority;
1101         } else if (allow_conjunctive_matches) {
1102             /* 'match' is part of a conjunctive match.  Add it to the list. */
1103             if (OVS_UNLIKELY(n_soft >= allocated_soft)) {
1104                 struct cls_conjunction_set **old_soft = soft;
1105
1106                 allocated_soft *= 2;
1107                 soft = xmalloc(allocated_soft * sizeof *soft);
1108                 memcpy(soft, old_soft, n_soft * sizeof *soft);
1109                 if (old_soft != soft_stub) {
1110                     free(old_soft);
1111                 }
1112             }
1113             soft[n_soft++] = conj_set;
1114
1115             /* Keep track of the highest-priority soft match. */
1116             if (soft_pri < match->priority) {
1117                 soft_pri = match->priority;
1118             }
1119         }
1120     }
1121
1122     /* In the common case, at this point we have no soft matches and we can
1123      * return immediately.  (We do the same thing if we have potential soft
1124      * matches but none of them are higher-priority than our hard match.) */
1125     if (hard_pri >= soft_pri) {
1126         if (soft != soft_stub) {
1127             free(soft);
1128         }
1129         return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1130     }
1131
1132     /* At this point, we have some soft matches.  We might also have a hard
1133      * match; if so, its priority is lower than the highest-priority soft
1134      * match. */
1135
1136     /* Soft match loop.
1137      *
1138      * Check whether soft matches are real matches. */
1139     for (;;) {
1140         /* Delete soft matches that are null.  This only happens in second and
1141          * subsequent iterations of the soft match loop, when we drop back from
1142          * a high-priority soft match to a lower-priority one.
1143          *
1144          * Also, delete soft matches whose priority is less than or equal to
1145          * the hard match's priority.  In the first iteration of the soft
1146          * match, these can be in 'soft' because the earlier main loop found
1147          * the soft match before the hard match.  In second and later iteration
1148          * of the soft match loop, these can be in 'soft' because we dropped
1149          * back from a high-priority soft match to a lower-priority soft match.
1150          *
1151          * It is tempting to delete soft matches that cannot be satisfied
1152          * because there are fewer soft matches than required to satisfy any of
1153          * their conjunctions, but we cannot do that because there might be
1154          * lower priority soft or hard matches with otherwise identical
1155          * matches.  (We could special case those here, but there's no
1156          * need--we'll do so at the bottom of the soft match loop anyway and
1157          * this duplicates less code.)
1158          *
1159          * It's also tempting to break out of the soft match loop if 'n_soft ==
1160          * 1' but that would also miss lower-priority hard matches.  We could
1161          * special case that also but again there's no need. */
1162         for (int i = 0; i < n_soft; ) {
1163             if (!soft[i] || soft[i]->priority <= hard_pri) {
1164                 soft[i] = soft[--n_soft];
1165             } else {
1166                 i++;
1167             }
1168         }
1169         if (!n_soft) {
1170             break;
1171         }
1172
1173         /* Find the highest priority among the soft matches.  (We know this
1174          * must be higher than the hard match's priority; otherwise we would
1175          * have deleted all of the soft matches in the previous loop.)  Count
1176          * the number of soft matches that have that priority. */
1177         soft_pri = INT_MIN;
1178         int n_soft_pri = 0;
1179         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1180             if (soft[i]->priority > soft_pri) {
1181                 soft_pri = soft[i]->priority;
1182                 n_soft_pri = 1;
1183             } else if (soft[i]->priority == soft_pri) {
1184                 n_soft_pri++;
1185             }
1186         }
1187         ovs_assert(soft_pri > hard_pri);
1188
1189         /* Look for a real match among the highest-priority soft matches.
1190          *
1191          * It's unusual to have many conjunctive matches, so we use stubs to
1192          * avoid calling malloc() in the common case.  An hmap has a built-in
1193          * stub for up to 2 hmap_nodes; possibly, we would benefit a variant
1194          * with a bigger stub. */
1195         struct conjunctive_match cm_stubs[16];
1196         struct hmap matches;
1197
1198         hmap_init(&matches);
1199         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1200             uint32_t id;
1201
1202             if (soft[i]->priority == soft_pri
1203                 && find_conjunctive_match(soft[i], n_soft_pri, &matches,
1204                                           cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs),
1205                                           &id)) {
1206                 uint32_t saved_conj_id = flow->conj_id;
1207                 const struct cls_rule *rule;
1208
1209                 flow->conj_id = id;
1210                 rule = classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, false);
1211                 flow->conj_id = saved_conj_id;
1212
1213                 if (rule) {
1214                     free_conjunctive_matches(&matches,
1215                                              cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1216                     if (soft != soft_stub) {
1217                         free(soft);
1218                     }
1219                     return rule;
1220                 }
1221             }
1222         }
1223         free_conjunctive_matches(&matches, cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1224
1225         /* There's no real match among the highest-priority soft matches.
1226          * However, if any of those soft matches has a lower-priority but
1227          * otherwise identical flow match, then we need to consider those for
1228          * soft or hard matches.
1229          *
1230          * The next iteration of the soft match loop will delete any null
1231          * pointers we put into 'soft' (and some others too). */
1232         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1233             if (soft[i]->priority != soft_pri) {
1234                 continue;
1235             }
1236
1237             /* Find next-lower-priority flow with identical flow match. */
1238             match = next_visible_rule_in_list(soft[i]->match, version);
1239             if (match) {
1240                 soft[i] = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *,
1241                                      &match->conj_set);
1242                 if (!soft[i]) {
1243                     /* The flow is a hard match; don't treat as a soft
1244                      * match. */
1245                     if (match->priority > hard_pri) {
1246                         hard = match;
1247                         hard_pri = hard->priority;
1248                     }
1249                 }
1250             } else {
1251                 /* No such lower-priority flow (probably the common case). */
1252                 soft[i] = NULL;
1253             }
1254         }
1255     }
1256
1257     if (soft != soft_stub) {
1258         free(soft);
1259     }
1260     return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1261 }
1262
1263 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow' and
1264  * that is visible in 'version'.  Returns a null pointer if no rules in 'cls'
1265  * match 'flow'.  If multiple rules of equal priority match 'flow', returns one
1266  * arbitrarily.
1267  *
1268  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
1269  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
1270  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
1271  * flow_wildcards_init_catchall()).
1272  *
1273  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1274  * Any changes are restored before returning. */
1275 const struct cls_rule *
1276 classifier_lookup(const struct classifier *cls, cls_version_t version,
1277                   struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc)
1278 {
1279     return classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, true);
1280 }
1281
1282 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1283  * matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1284  * Only one such rule may ever exist.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1285  * contain an exact match. */
1286 const struct cls_rule *
1287 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1288                              const struct cls_rule *target,
1289                              cls_version_t version)
1290 {
1291     const struct cls_match *head, *rule;
1292     const struct cls_subtable *subtable;
1293
1294     subtable = find_subtable(cls, target->match.mask);
1295     if (!subtable) {
1296         return NULL;
1297     }
1298
1299     head = find_equal(subtable, target->match.flow,
1300                       miniflow_hash_in_minimask(target->match.flow,
1301                                                 target->match.mask, 0));
1302     if (!head) {
1303         return NULL;
1304     }
1305     CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1306         if (rule->priority < target->priority) {
1307             break; /* Not found. */
1308         }
1309         if (rule->priority == target->priority
1310             && cls_match_visible_in_version(rule, version)) {
1311             return rule->cls_rule;
1312         }
1313     }
1314     return NULL;
1315 }
1316
1317 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1318  * same matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1319  * Returns a null pointer if 'cls' doesn't contain an exact match visible in
1320  * 'version'. */
1321 const struct cls_rule *
1322 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1323                               const struct match *target, int priority,
1324                               cls_version_t version)
1325 {
1326     const struct cls_rule *retval;
1327     struct cls_rule cr;
1328
1329     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1330     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr, version);
1331     cls_rule_destroy(&cr);
1332
1333     return retval;
1334 }
1335
1336 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls' in 'version'.  Two
1337  * rules are considered to overlap if both rules have the same priority and a
1338  * packet could match both, and if both rules are visible in the same version.
1339  *
1340  * A trivial example of overlapping rules is two rules matching disjoint sets
1341  * of fields. E.g., if one rule matches only on port number, while another only
1342  * on dl_type, any packet from that specific port and with that specific
1343  * dl_type could match both, if the rules also have the same priority. */
1344 bool
1345 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1346                          const struct cls_rule *target, cls_version_t version)
1347 {
1348     struct cls_subtable *subtable;
1349
1350     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1351     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, target->priority - 1, 2,
1352                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1353         struct {
1354             struct minimask mask;
1355             uint64_t storage[FLOW_U64S];
1356         } m;
1357         const struct cls_rule *rule;
1358
1359         minimask_combine(&m.mask, target->match.mask, &subtable->mask,
1360                          m.storage);
1361
1362         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1363             if (rule->priority == target->priority
1364                 && miniflow_equal_in_minimask(target->match.flow,
1365                                               rule->match.flow, &m.mask)
1366                 && cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version)) {
1367                 return true;
1368             }
1369         }
1370     }
1371     return false;
1372 }
1373
1374 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1375  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1376  * function returns true if, for every field:
1377  *
1378  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1379  *     field, or
1380  *
1381  *   - 'criteria' wildcards the field,
1382  *
1383  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1384  * if, for at least one field:
1385  *
1386  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1387  *
1388  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1389  *
1390  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1391  *
1392  *                                     rule
1393  *
1394  *                   c         wildcard    exact
1395  *                   r        +---------+---------+
1396  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1397  *                   t   card |         |         |
1398  *                   e        +---------+---------+
1399  *                   r  exact |    no   |if values|
1400  *                   i        |         |are equal|
1401  *                   a        +---------+---------+
1402  *
1403  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1404  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1405  *
1406  * Ignores rule->priority. */
1407 bool
1408 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1409                         const struct minimatch *criteria)
1410 {
1411     return (!minimask_has_extra(rule->match.mask, criteria->mask)
1412             && miniflow_equal_in_minimask(rule->match.flow, criteria->flow,
1413                                           criteria->mask));
1414 }
1415 \f
1416 /* Iteration. */
1417
1418 static bool
1419 rule_matches(const struct cls_rule *rule, const struct cls_rule *target,
1420              cls_version_t version)
1421 {
1422     /* Rule may only match a target if it is visible in target's version. */
1423     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version)
1424         && (!target || miniflow_equal_in_minimask(rule->match.flow,
1425                                                   target->match.flow,
1426                                                   target->match.mask));
1427 }
1428
1429 static const struct cls_rule *
1430 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1431                 struct cls_cursor *cursor)
1432 {
1433     if (!cursor->target
1434         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, cursor->target->match.mask)) {
1435         const struct cls_rule *rule;
1436
1437         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1438             if (rule_matches(rule, cursor->target, cursor->version)) {
1439                 return rule;
1440             }
1441         }
1442     }
1443     return NULL;
1444 }
1445
1446 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1447  * cursor.
1448  *
1449  *     - If 'target' is null, or if the 'target' is a catchall target, the
1450  *       cursor will visit every rule in 'cls' that is visible in 'version'.
1451  *
1452  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1453  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true and that
1454  *       the rule is visible in 'version'.
1455  *
1456  * Ignores target->priority. */
1457 struct cls_cursor
1458 cls_cursor_start(const struct classifier *cls, const struct cls_rule *target,
1459                  cls_version_t version)
1460 {
1461     struct cls_cursor cursor;
1462     struct cls_subtable *subtable;
1463
1464     cursor.cls = cls;
1465     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1466     cursor.version = version;
1467     cursor.rule = NULL;
1468
1469     /* Find first rule. */
1470     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH (subtable, &cursor.subtables,
1471                              &cursor.cls->subtables) {
1472         const struct cls_rule *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1473
1474         if (rule) {
1475             cursor.subtable = subtable;
1476             cursor.rule = rule;
1477             break;
1478         }
1479     }
1480
1481     return cursor;
1482 }
1483
1484 static const struct cls_rule *
1485 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor)
1486 {
1487     const struct cls_rule *rule;
1488     const struct cls_subtable *subtable;
1489
1490     rule = cursor->rule;
1491     subtable = cursor->subtable;
1492     RCULIST_FOR_EACH_CONTINUE (rule, node, &subtable->rules_list) {
1493         if (rule_matches(rule, cursor->target, cursor->version)) {
1494             return rule;
1495         }
1496     }
1497
1498     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, &cursor->subtables) {
1499         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1500         if (rule) {
1501             cursor->subtable = subtable;
1502             return rule;
1503         }
1504     }
1505
1506     return NULL;
1507 }
1508
1509 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1510  * or to null if all matching rules have been visited. */
1511 void
1512 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1513 {
1514     cursor->rule = cls_cursor_next(cursor);
1515 }
1516 \f
1517 static struct cls_subtable *
1518 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1519 {
1520     struct cls_subtable *subtable;
1521
1522     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1523                              &cls->subtables_map) {
1524         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1525             return subtable;
1526         }
1527     }
1528     return NULL;
1529 }
1530
1531 /* Initializes 'map' with a subset of 'miniflow''s maps that includes only the
1532  * portions with u64-offset 'i' such that 'start' <= i < 'end'.  Does not copy
1533  * any data from 'miniflow' to 'map'. */
1534 static struct flowmap
1535 miniflow_get_map_in_range(const struct miniflow *miniflow, uint8_t start,
1536                           uint8_t end)
1537 {
1538     struct flowmap map;
1539     size_t ofs = 0;
1540
1541     map = miniflow->map;
1542
1543     /* Clear the bits before 'start'. */
1544     while (start >= MAP_T_BITS) {
1545         start -= MAP_T_BITS;
1546         ofs += MAP_T_BITS;
1547         map.bits[start / MAP_T_BITS] = 0;
1548     }
1549     if (start > 0) {
1550         flowmap_clear(&map, ofs, start);
1551     }
1552
1553     /* Clear the bits starting at 'end'. */
1554     if (end < FLOW_U64S) {
1555         /* flowmap_clear() can handle at most MAP_T_BITS at a time. */
1556         ovs_assert(FLOW_U64S - end <= MAP_T_BITS);
1557         flowmap_clear(&map, end, FLOW_U64S - end);
1558     }
1559     return map;
1560 }
1561
1562 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1563 static struct cls_subtable *
1564 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1565 {
1566     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1567     struct cls_subtable *subtable;
1568     int i, index = 0;
1569     struct flowmap stage_map;
1570     uint8_t prev;
1571     size_t count = miniflow_n_values(&mask->masks);
1572
1573     subtable = xzalloc(sizeof *subtable + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1574     cmap_init(&subtable->rules);
1575     miniflow_clone(CONST_CAST(struct miniflow *, &subtable->mask.masks),
1576                    &mask->masks, count);
1577
1578     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1579     prev = 0;
1580     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1581         stage_map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, prev,
1582                                               cls->flow_segments[i]);
1583         /* Add an index if it adds mask bits. */
1584         if (!flowmap_is_empty(stage_map)) {
1585             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1586             *CONST_CAST(struct flowmap *, &subtable->index_maps[index])
1587                 = stage_map;
1588             index++;
1589         }
1590         prev = cls->flow_segments[i];
1591     }
1592     /* Map for the final stage. */
1593     *CONST_CAST(struct flowmap *, &subtable->index_maps[index])
1594         = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, prev, FLOW_U64S);
1595     /* Check if the final stage adds any bits,
1596      * and remove the last index if it doesn't. */
1597     if (index > 0) {
1598         if (flowmap_equal(subtable->index_maps[index],
1599                           subtable->index_maps[index - 1])) {
1600             --index;
1601             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1602         }
1603     }
1604     *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->n_indices) = index;
1605
1606     *CONST_CAST(tag_type *, &subtable->tag) =
1607         (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1608          ? tag_create_deterministic(hash)
1609          : TAG_ALL);
1610
1611     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1612         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1613                                                          cls->tries[i].field);
1614     }
1615
1616     /* Ports trie. */
1617     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1618     *CONST_CAST(int *, &subtable->ports_mask_len)
1619         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1620
1621     /* List of rules. */
1622     rculist_init(&subtable->rules_list);
1623
1624     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1625
1626     return subtable;
1627 }
1628
1629 /* RCU readers may still access the subtable before it is actually freed. */
1630 static void
1631 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1632 {
1633     int i;
1634
1635     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1636     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1637                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1638
1639     ovs_assert(ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, &subtable->ports_trie)
1640                == NULL);
1641     ovs_assert(cmap_is_empty(&subtable->rules));
1642     ovs_assert(rculist_is_empty(&subtable->rules_list));
1643
1644     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1645         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1646     }
1647     cmap_destroy(&subtable->rules);
1648     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1649 }
1650
1651 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1652
1653 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1654  * lookup results. */
1655 static inline bool
1656 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1657             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1658             const struct flowmap range_map, const struct flow *flow,
1659             struct flow_wildcards *wc)
1660 {
1661     int j;
1662
1663     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1664      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1665      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1666     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1667         /* Is the trie field relevant for this subtable, and
1668            is the trie field within the current range of fields? */
1669         if (field_plen[j] &&
1670             flowmap_is_set(&range_map, trie_ctx[j].be32ofs / 2)) {
1671             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1672
1673             /* On-demand trie lookup. */
1674             if (!ctx->lookup_done) {
1675                 memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1676                 ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow, &ctx->match_plens);
1677                 ctx->lookup_done = true;
1678             }
1679             /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1680              * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1681             if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1682                 /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1683                  * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1684                  * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1685                  * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1686                  * irrelevant for the partition relevant for the current
1687                  * packet.  Hence the checks below. */
1688
1689                 /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1690                  * than this subtable would otherwise. */
1691                 if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1692                     /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1693                     mask_set_prefix_bits(wc, ctx->be32ofs, ctx->maskbits);
1694                     /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1695                      * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1696                      * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1697                     return true;
1698                 }
1699                 /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1700                 if (mask_prefix_bits_set(wc, ctx->be32ofs, ctx->maskbits)) {
1701                     return true;
1702                 }
1703             }
1704         }
1705     }
1706     return false;
1707 }
1708
1709 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1710  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1711  * value has the correct value in 'target'.
1712  *
1713  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1714  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1715  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1716  * takes the 'wc'. */
1717 static inline bool
1718 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1719                                const struct minimask *mask,
1720                                const struct flow *target)
1721 {
1722     const uint64_t *flowp = miniflow_get_values(flow);
1723     const uint64_t *maskp = miniflow_get_values(&mask->masks);
1724     const uint64_t *target_u64 = (const uint64_t *)target;
1725     map_t map;
1726
1727     FLOWMAP_FOR_EACH_MAP (map, mask->masks.map) {
1728         size_t idx;
1729
1730         MAP_FOR_EACH_INDEX (idx, map) {
1731             if ((*flowp++ ^ target_u64[idx]) & *maskp++) {
1732                 return false;
1733             }
1734         }
1735         target_u64 += MAP_T_BITS;
1736     }
1737     return true;
1738 }
1739
1740 static inline const struct cls_match *
1741 find_match(const struct cls_subtable *subtable, cls_version_t version,
1742            const struct flow *flow, uint32_t hash)
1743 {
1744     const struct cls_match *head, *rule;
1745
1746     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1747         if (OVS_LIKELY(miniflow_and_mask_matches_flow(&head->flow,
1748                                                       &subtable->mask,
1749                                                       flow))) {
1750             /* Return highest priority rule that is visible. */
1751             CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1752                 if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule, version))) {
1753                     return rule;
1754                 }
1755             }
1756         }
1757     }
1758
1759     return NULL;
1760 }
1761
1762 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1763  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1764  * value has the correct value in 'target'.
1765  *
1766  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1767  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1768 static inline bool
1769 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1770                                   const struct minimask *mask,
1771                                   const struct flow *target,
1772                                   struct flow_wildcards *wc)
1773 {
1774     const uint64_t *flowp = miniflow_get_values(flow);
1775     const uint64_t *maskp = miniflow_get_values(&mask->masks);
1776     const uint64_t *target_u64 = (const uint64_t *)target;
1777     uint64_t *wc_u64 = (uint64_t *)&wc->masks;
1778     uint64_t diff;
1779     size_t idx;
1780     map_t map;
1781
1782     FLOWMAP_FOR_EACH_MAP (map, mask->masks.map) {
1783         MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, map) {
1784             uint64_t msk = *maskp++;
1785
1786             diff = (*flowp++ ^ target_u64[idx]) & msk;
1787             if (diff) {
1788                 goto out;
1789             }
1790
1791             /* Fill in the bits that were looked at. */
1792             wc_u64[idx] |= msk;
1793         }
1794         target_u64 += MAP_T_BITS;
1795         wc_u64 += MAP_T_BITS;
1796     }
1797     return true;
1798
1799 out:
1800     /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1801      * exact-matched. */
1802     if (!(wc_u64[idx] & diff)) {
1803         /* Keep one bit of the difference.  The selected bit may be
1804          * different in big-endian v.s. little-endian systems. */
1805         wc_u64[idx] |= rightmost_1bit(diff);
1806     }
1807     return false;
1808 }
1809
1810 static const struct cls_match *
1811 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, cls_version_t version,
1812               const struct flow *flow, struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES],
1813               unsigned int n_tries, struct flow_wildcards *wc)
1814 {
1815     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1816         return find_match(subtable, version, flow,
1817                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1818     }
1819
1820     uint32_t basis = 0, hash;
1821     const struct cls_match *rule = NULL;
1822     struct flowmap stages_map = FLOWMAP_EMPTY_INITIALIZER;
1823     unsigned int mask_offset = 0;
1824     int i;
1825
1826     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1827     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1828         const struct cmap_node *inode;
1829
1830         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen,
1831                         subtable->index_maps[i], flow, wc)) {
1832             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1833              * bits used so far. */
1834             goto no_match;
1835         }
1836
1837         /* Accumulate the map used so far. */
1838         stages_map = flowmap_or(stages_map, subtable->index_maps[i]);
1839
1840         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask,
1841                                            subtable->index_maps[i],
1842                                            &mask_offset, &basis);
1843
1844         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1845         if (!inode) {
1846             goto no_match;
1847         }
1848
1849         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1850          * that rule matches.  Either way, we're done.
1851          *
1852          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1853          * optimization. */
1854         if (!cmap_node_next(inode)) {
1855             const struct cls_match *head;
1856
1857             ASSIGN_CONTAINER(head, inode - i, index_nodes);
1858             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&head->flow, &subtable->mask,
1859                                                   flow, wc)) {
1860                 /* Return highest priority rule that is visible. */
1861                 CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1862                     if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule,
1863                                                                 version))) {
1864                         return rule;
1865                     }
1866                 }
1867             }
1868             return NULL;
1869         }
1870     }
1871     /* Trie check for the final range. */
1872     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen,
1873                     subtable->index_maps[i], flow, wc)) {
1874         goto no_match;
1875     }
1876     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask,
1877                                        subtable->index_maps[i],
1878                                        &mask_offset, &basis);
1879     rule = find_match(subtable, version, flow, hash);
1880     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1881         /* The final stage had ports, but there was no match.  Instead of
1882          * unwildcarding all the ports bits, use the ports trie to figure out a
1883          * smaller set of bits to unwildcard. */
1884         unsigned int mbits;
1885         ovs_be32 value, plens, mask;
1886
1887         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1888         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1889         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1890
1891         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1892             mask & be32_prefix_mask(mbits);
1893
1894         goto no_match;
1895     }
1896
1897     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1898     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1899     return rule;
1900
1901 no_match:
1902     /* Unwildcard the bits in stages so far, as they were used in determining
1903      * there is no match. */
1904     flow_wildcards_fold_minimask_in_map(wc, &subtable->mask, stages_map);
1905     return NULL;
1906 }
1907
1908 static struct cls_match *
1909 find_equal(const struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1910            uint32_t hash)
1911 {
1912     struct cls_match *head;
1913
1914     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1915         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1916             return head;
1917         }
1918     }
1919     return NULL;
1920 }
1921 \f
1922 /* A longest-prefix match tree. */
1923
1924 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1925  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1926  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1927  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1928 static uint32_t
1929 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1930 {
1931     uint32_t prefix;
1932
1933     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1934     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1935
1936     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1937     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1938         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1939     }
1940     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1941     return prefix;
1942 }
1943
1944 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1945  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1946  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1947  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1948  * 'pr'". */
1949 static uint32_t
1950 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1951 {
1952     if (!plen) {
1953         return 0;
1954     }
1955     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1956         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1957     }
1958     /* Return with unwanted bits cleared. */
1959     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1960 }
1961
1962 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1963  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1964 static unsigned int
1965 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1966                   unsigned int ofs)
1967 {
1968     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1969     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1970     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1971 }
1972
1973 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1974  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1975 static unsigned int
1976 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1977                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1978 {
1979     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1980                              prefix, ofs);
1981 }
1982
1983 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1984  * be greater than 31. */
1985 static unsigned int
1986 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1987 {
1988     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1989 }
1990
1991 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
1992  * be between 0 and 31, inclusive. */
1993 static unsigned int
1994 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
1995 {
1996     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
1997 }
1998
1999 /* Create new branch. */
2000 static struct trie_node *
2001 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
2002                    unsigned int n_rules)
2003 {
2004     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
2005
2006     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
2007
2008     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
2009         node->n_bits = plen;
2010         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
2011         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
2012         node->n_rules = n_rules;
2013     } else { /* Need intermediate nodes. */
2014         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
2015                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
2016                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
2017                                                        n_rules);
2018         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
2019         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
2020         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
2021         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
2022         node->n_rules = 0;
2023     }
2024     return node;
2025 }
2026
2027 static void
2028 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
2029 {
2030     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
2031 }
2032
2033 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
2034 static struct trie_node *
2035 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
2036 {
2037     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
2038
2039     *new_node = *node;
2040     trie_node_destroy(node);
2041
2042     return new_node;
2043 }
2044
2045 static void
2046 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
2047 {
2048     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
2049
2050     if (node) {
2051         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
2052         trie_destroy(&node->edges[0]);
2053         trie_destroy(&node->edges[1]);
2054         trie_node_destroy(node);
2055     }
2056 }
2057
2058 static bool
2059 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
2060 {
2061     /* No children? */
2062     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
2063         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
2064 }
2065
2066 static void
2067 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2068                      unsigned int n_bits)
2069 {
2070     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2071     unsigned int i;
2072
2073     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2074         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
2075     }
2076     if (n_bits % 32) {
2077         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2078     }
2079 }
2080
2081 static bool
2082 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2083                      unsigned int n_bits)
2084 {
2085     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2086     unsigned int i;
2087     ovs_be32 zeroes = 0;
2088
2089     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2090         zeroes |= ~mask[i];
2091     }
2092     if (n_bits % 32) {
2093         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2094     }
2095
2096     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
2097 }
2098
2099 static rcu_trie_ptr *
2100 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2101                unsigned int ofs)
2102 {
2103     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
2104 }
2105
2106 static const struct trie_node *
2107 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2108                unsigned int ofs)
2109 {
2110     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
2111                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
2112 }
2113
2114 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
2115  */
2116 static void
2117 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2118 {
2119     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
2120 }
2121
2122 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
2123  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2124  * matched.
2125  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2126  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2127  * calling this.
2128  */
2129 static unsigned int
2130 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2131                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2132 {
2133     const struct trie_node *prev = NULL;
2134     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2135     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2136
2137     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2138         unsigned int eqbits;
2139         /* Check if this edge can be followed. */
2140         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2141                                    match_len);
2142         match_len += eqbits;
2143         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2144             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2145             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2146         }
2147         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2148         if (node->n_rules > 0) {
2149             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2150         }
2151         if (match_len >= n_bits) {
2152             return n_bits; /* Full prefix. */
2153         }
2154     }
2155     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2156      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2157      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2158      * node). */
2159     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2160 }
2161
2162 static unsigned int
2163 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2164             union trie_prefix *plens)
2165 {
2166     const struct mf_field *mf = trie->field;
2167
2168     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2169      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2170      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2171     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2172         return trie_lookup_value(&trie->root,
2173                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2174                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2175     }
2176     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2177     return 0; /* Value not used in this case. */
2178 }
2179
2180 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2181  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2182  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2183 static unsigned int
2184 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2185                         const struct mf_field *mf)
2186 {
2187     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2188     uint8_t be32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2189     uint8_t be32_end = be32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2190
2191     for (; be32_ofs < be32_end; ++be32_ofs) {
2192         uint32_t mask = ntohl(minimask_get_be32(minimask, be32_ofs));
2193
2194         /* Validate mask, count the mask length. */
2195         if (mask_tz) {
2196             if (mask) {
2197                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2198             }
2199         } else {
2200             if (~mask & (~mask + 1)) {
2201                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2202             }
2203             mask_tz = ctz32(mask);
2204             n_bits += 32 - mask_tz;
2205         }
2206     }
2207
2208     return n_bits;
2209 }
2210
2211 /*
2212  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2213  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2214  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2215  * happened to be zeros.
2216  */
2217 static const ovs_be32 *
2218 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2219 {
2220     size_t u64_ofs = mf->flow_be32ofs / 2;
2221
2222     return (OVS_FORCE const ovs_be32 *)miniflow_get__(match->flow, u64_ofs)
2223         + (mf->flow_be32ofs & 1);
2224 }
2225
2226 /* Insert rule in to the prefix tree.
2227  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2228  * in 'rule'. */
2229 static void
2230 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2231 {
2232     trie_insert_prefix(&trie->root,
2233                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2234 }
2235
2236 static void
2237 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2238 {
2239     struct trie_node *node;
2240     int ofs = 0;
2241
2242     /* Walk the tree. */
2243     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2244          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2245         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2246         ofs += eqbits;
2247         if (eqbits < node->n_bits) {
2248             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2249             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2250             struct trie_node *new_parent;
2251
2252             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2253                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2254             /* Copy the node to modify it. */
2255             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2256             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2257             node->prefix <<= eqbits;
2258             node->n_bits -= eqbits;
2259             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2260
2261             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2262             if (ofs < mlen) {
2263                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2264                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2265                                                      1));
2266             }
2267             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2268             return;
2269         }
2270         /* Full match so far. */
2271
2272         if (ofs == mlen) {
2273             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2274             node->n_rules++;
2275             return;
2276         }
2277     }
2278     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2279     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2280 }
2281
2282 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2283  * in 'rule'. */
2284 static void
2285 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2286 {
2287     trie_remove_prefix(&trie->root,
2288                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2289 }
2290
2291 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2292  * in 'rule'. */
2293 static void
2294 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2295 {
2296     struct trie_node *node;
2297     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union trie_prefix) * CHAR_BIT];
2298     int depth = 0, ofs = 0;
2299
2300     /* Walk the tree. */
2301     for (edges[0] = root;
2302          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2303          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2304         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2305
2306         if (eqbits < node->n_bits) {
2307             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2308              * only rules in the classifier are ever removed. */
2309             break; /* Log a warning. */
2310         }
2311         /* Full match so far. */
2312         ofs += eqbits;
2313
2314         if (ofs == mlen) {
2315             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2316             if (!node->n_rules) {
2317                 break; /* Log a warning. */
2318             }
2319             node->n_rules--;
2320
2321             /* Check if can prune the tree. */
2322             while (!node->n_rules) {
2323                 struct trie_node *next,
2324                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2325                                                   &node->edges[0]),
2326                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2327                                                   &node->edges[1]);
2328
2329                 if (edge0 && edge1) {
2330                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2331                 }
2332
2333                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2334                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2335
2336                 if (next) {
2337                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2338                         break;   /* Cannot combine. */
2339                     }
2340                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2341
2342                     /* Combine node with next. */
2343                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2344                     next->n_bits += node->n_bits;
2345                 }
2346                 /* Update the parent's edge. */
2347                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2348                 trie_node_destroy(node);
2349
2350                 if (next || !depth) {
2351                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2352                     break;
2353                 }
2354                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2355                                             edges[--depth]);
2356             }
2357             return;
2358         }
2359     }
2360     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2361      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2362     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2363 }
2364 \f
2365
2366 #define CLS_MATCH_POISON (struct cls_match *)(UINTPTR_MAX / 0xf * 0xb)
2367
2368 void
2369 cls_match_free_cb(struct cls_match *rule)
2370 {
2371     ovsrcu_set_hidden(&rule->next, CLS_MATCH_POISON);
2372     free(rule);
2373 }