5f92f051468450da8915423a2f30271e29f2228b
[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,
91                 const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
92 {
93     int count = count_1bits(rule->match.flow.map);
94
95     struct cls_match *cls_match
96         = xmalloc(sizeof *cls_match - sizeof cls_match->flow.inline_values
97                   + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
98
99     ovsrcu_init(&cls_match->next, NULL);
100     *CONST_CAST(const struct cls_rule **, &cls_match->cls_rule) = rule;
101     *CONST_CAST(int *, &cls_match->priority) = rule->priority;
102     atomic_init(&cls_match->visibility, 0);   /* Initially invisible. */
103     miniflow_clone_inline(CONST_CAST(struct miniflow *, &cls_match->flow),
104                           &rule->match.flow, count);
105     ovsrcu_set_hidden(&cls_match->conj_set,
106                       cls_conjunction_set_alloc(cls_match, conj, n));
107
108     return cls_match;
109 }
110
111 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *cls,
112                                           const struct minimask *);
113 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *cls,
114                                             const struct minimask *);
115 static void destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *);
116
117 static const struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
118                                              long long version,
119                                              const struct flow *,
120                                              struct trie_ctx *,
121                                              unsigned int n_tries,
122                                              struct flow_wildcards *);
123 static struct cls_match *find_equal(const struct cls_subtable *,
124                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
125
126 /* Return the next visible (lower-priority) rule in the list.  Multiple
127  * identical rules with the same priority may exist transitionally, but when
128  * versioning is used at most one of them is ever visible for lookups on any
129  * given 'version'. */
130 static inline const struct cls_match *
131 next_visible_rule_in_list(const struct cls_match *rule, long long version)
132 {
133     do {
134         rule = cls_match_next(rule);
135         if (!rule) {
136             /* We have reached the head of the list, stop. */
137             break;
138         }
139     } while (!cls_match_visible_in_version(rule, version));
140
141     return rule;
142 }
143
144 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
145                                             const struct mf_field *);
146 static void trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
147                       const struct mf_field *);
148 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
149                                 union mf_value *plens);
150 static unsigned int trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *,
151                                       const ovs_be32 value[], ovs_be32 plens[],
152                                       unsigned int value_bits);
153 static void trie_destroy(rcu_trie_ptr *);
154 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
155 static void trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
156                                int mlen);
157 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
158 static void trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
159                                int mlen);
160 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
161                                  unsigned int n_bits);
162 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
163                                  uint8_t be32ofs, unsigned int n_bits);
164 \f
165 /* cls_rule. */
166
167 static inline void
168 cls_rule_init__(struct cls_rule *rule, unsigned int priority,
169                 long long version)
170 {
171     ovs_assert(version > 0);
172
173     rculist_init(&rule->node);
174     *CONST_CAST(int *, &rule->priority) = priority;
175     *CONST_CAST(long long *, &rule->version) = version;
176     rule->cls_match = NULL;
177 }
178
179 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
180  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
181  * the definition of struct match.
182  *
183  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
184  *
185  * Clients should not use priority INT_MIN.  (OpenFlow uses priorities between
186  * 0 and UINT16_MAX, inclusive.) */
187 void
188 cls_rule_init(struct cls_rule *rule, const struct match *match, int priority,
189               long long version)
190 {
191     cls_rule_init__(rule, priority, version);
192     minimatch_init(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
193 }
194
195 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
196 void
197 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
198                              const struct minimatch *match, int priority,
199                              long long version)
200 {
201     cls_rule_init__(rule, priority, version);
202     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
203 }
204
205 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src', but with 'version'.
206  *
207  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
208 void
209 cls_rule_clone_in_version(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src,
210                           long long version)
211 {
212     cls_rule_init__(dst, src->priority, version);
213     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match), &src->match);
214 }
215
216 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
217  *
218  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
219 void
220 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
221 {
222     cls_rule_clone_in_version(dst, src, src->version);
223 }
224
225 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
226  *
227  * 'src' must be a cls_rule NOT in a classifier.
228  *
229  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
230 void
231 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
232 {
233     cls_rule_init__(dst, src->priority, src->version);
234     minimatch_move(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match),
235                    CONST_CAST(struct minimatch *, &src->match));
236 }
237
238 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
239  * normally embedded into a larger structure).
240  *
241  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
242 void
243 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
244 {
245     ovs_assert(!rule->cls_match);   /* Must not be in a classifier. */
246
247     /* Check that the rule has been properly removed from the classifier and
248      * that the destruction only happens after the RCU grace period, or that
249      * the rule was never inserted to the classifier in the first place. */
250     ovs_assert(rculist_next_protected(&rule->node) == RCULIST_POISON
251                || rculist_is_empty(&rule->node));
252
253     minimatch_destroy(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match));
254 }
255
256 void
257 cls_rule_set_conjunctions(struct cls_rule *cr,
258                           const struct cls_conjunction *conj, size_t n)
259 {
260     struct cls_match *match = cr->cls_match;
261     struct cls_conjunction_set *old
262         = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
263     struct cls_conjunction *old_conj = old ? old->conj : NULL;
264     unsigned int old_n = old ? old->n : 0;
265
266     if (old_n != n || (n && memcmp(old_conj, conj, n * sizeof *conj))) {
267         if (old) {
268             ovsrcu_postpone(free, old);
269         }
270         ovsrcu_set(&match->conj_set,
271                    cls_conjunction_set_alloc(match, conj, n));
272     }
273 }
274
275
276 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
277  * false if they differ in some way. */
278 bool
279 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
280 {
281     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
282 }
283
284 /* Returns a hash value for 'rule', folding in 'basis'. */
285 uint32_t
286 cls_rule_hash(const struct cls_rule *rule, uint32_t basis)
287 {
288     return minimatch_hash(&rule->match, hash_int(rule->priority, basis));
289 }
290
291 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
292 void
293 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
294 {
295     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
296 }
297
298 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
299 bool
300 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
301 {
302     return minimask_is_catchall(&rule->match.mask);
303 }
304
305 /* Makes rule invisible after 'version'.  Once that version is made invisible
306  * (by changing the version parameter used in lookups), the rule should be
307  * actually removed via ovsrcu_postpone().
308  *
309  * 'rule_' must be in a classifier. */
310 void
311 cls_rule_make_invisible_in_version(const struct cls_rule *rule_,
312                                    long long version, long long lookup_version)
313 {
314     struct cls_match *rule = rule_->cls_match;
315
316     /* XXX: Adjust when versioning is actually used. */
317     ovs_assert(version >= rule_->version && version >= lookup_version);
318
319     /* Normally, we call this when deleting a rule that is already visible to
320      * lookups.  However, sometimes a bundle transaction will add a rule and
321      * then delete it before the rule has ever become visible.  If we set such
322      * a rule to become invisible in a future 'version', it would become
323      * visible to all prior versions.  So, in this case we must set the rule
324      * visibility to 0 (== never visible). */
325     if (cls_match_visible_in_version(rule, lookup_version)) {
326         /* Make invisible starting at 'version'. */
327         atomic_store_relaxed(&rule->visibility, -version);
328     } else {
329         /* Rule has not yet been visible to lookups, make invisible in all
330          * version. */
331         atomic_store_relaxed(&rule->visibility, 0);
332     }
333 }
334
335 /* This undoes the change made by cls_rule_make_invisible_after_version().
336  *
337  * 'rule' must be in a classifier. */
338 void
339 cls_rule_restore_visibility(const struct cls_rule *rule)
340 {
341     atomic_store_relaxed(&rule->cls_match->visibility, rule->version);
342 }
343
344 /* Return true if 'rule' is visible in 'version'.
345  *
346  * 'rule' must be in a classifier. */
347 bool
348 cls_rule_visible_in_version(const struct cls_rule *rule, long long version)
349 {
350     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version);
351 }
352 \f
353 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
354  * rules. */
355 void
356 classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
357 {
358     cls->n_rules = 0;
359     cmap_init(&cls->subtables_map);
360     pvector_init(&cls->subtables);
361     cmap_init(&cls->partitions);
362     cls->n_flow_segments = 0;
363     if (flow_segments) {
364         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
365                && *flow_segments < FLOW_U64S) {
366             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
367         }
368     }
369     cls->n_tries = 0;
370     for (int i = 0; i < CLS_MAX_TRIES; i++) {
371         trie_init(cls, i, NULL);
372     }
373     cls->publish = true;
374 }
375
376 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
377  * caller's responsibility.
378  * May only be called after all the readers have been terminated. */
379 void
380 classifier_destroy(struct classifier *cls)
381 {
382     if (cls) {
383         struct cls_partition *partition;
384         struct cls_subtable *subtable;
385         int i;
386
387         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
388             trie_destroy(&cls->tries[i].root);
389         }
390
391         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
392             destroy_subtable(cls, subtable);
393         }
394         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
395
396         CMAP_FOR_EACH (partition, cmap_node, &cls->partitions) {
397             ovsrcu_postpone(free, partition);
398         }
399         cmap_destroy(&cls->partitions);
400
401         pvector_destroy(&cls->subtables);
402     }
403 }
404
405 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
406 bool
407 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
408                              const enum mf_field_id *trie_fields,
409                              unsigned int n_fields)
410 {
411     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
412     struct mf_bitmap fields = MF_BITMAP_INITIALIZER;
413     int i, n_tries = 0;
414     bool changed = false;
415
416     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
417         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
418         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
419             /* Incompatible field.  This is the only place where we
420              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
421              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
422              * field length to be a multiple of 32 bits. */
423             continue;
424         }
425
426         if (bitmap_is_set(fields.bm, trie_fields[i])) {
427             /* Duplicate field, there is no need to build more than
428              * one index for any one field. */
429             continue;
430         }
431         bitmap_set1(fields.bm, trie_fields[i]);
432
433         new_fields[n_tries] = NULL;
434         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
435             new_fields[n_tries] = field;
436             changed = true;
437         }
438         n_tries++;
439     }
440
441     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
442         struct cls_subtable *subtable;
443
444         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
445          * for the tries that are changing and wait all the current readers
446          * with the old configuration to be done. */
447         changed = false;
448         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
449             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
450                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
451                     if (subtable->trie_plen[i]) {
452                         subtable->trie_plen[i] = 0;
453                         changed = true;
454                     }
455                 }
456             }
457         }
458         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
459          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
460         if (changed) {
461             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
462              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
463             ovsrcu_synchronize();
464         }
465
466         /* Now set up the tries. */
467         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
468             if (new_fields[i]) {
469                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
470             }
471         }
472         /* Destroy the rest, if any. */
473         for (; i < cls->n_tries; i++) {
474             trie_init(cls, i, NULL);
475         }
476
477         cls->n_tries = n_tries;
478         return true;
479     }
480
481     return false; /* No change. */
482 }
483
484 static void
485 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
486 {
487     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
488     struct cls_subtable *subtable;
489
490     if (trie_idx < cls->n_tries) {
491         trie_destroy(&trie->root);
492     } else {
493         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
494     }
495     trie->field = field;
496
497     /* Add existing rules to the new trie. */
498     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
499         unsigned int plen;
500
501         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
502         if (plen) {
503             struct cls_match *head;
504
505             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
506                 trie_insert(trie, head->cls_rule, plen);
507             }
508         }
509         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
510          * allow readers to use the trie. */
511         atomic_thread_fence(memory_order_release);
512         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
513     }
514 }
515
516 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
517  * Checking the cmap requires no locking. */
518 bool
519 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
520 {
521     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
522 }
523
524 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
525 int
526 classifier_count(const struct classifier *cls)
527 {
528     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
529      * return either the old or a new value. */
530     return cls->n_rules;
531 }
532
533 static uint32_t
534 hash_metadata(ovs_be64 metadata)
535 {
536     return hash_uint64((OVS_FORCE uint64_t) metadata);
537 }
538
539 static struct cls_partition *
540 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
541 {
542     struct cls_partition *partition;
543
544     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
545         if (partition->metadata == metadata) {
546             return partition;
547         }
548     }
549
550     return NULL;
551 }
552
553 static struct cls_partition *
554 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
555                  ovs_be64 metadata)
556 {
557     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
558     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
559     if (!partition) {
560         partition = xmalloc(sizeof *partition);
561         partition->metadata = metadata;
562         partition->tags = 0;
563         tag_tracker_init(&partition->tracker);
564         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
565     }
566     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
567     return partition;
568 }
569
570 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
571 {
572     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
573     return MINIFLOW_GET_BE32(&match->flow, tp_src)
574         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask.masks, tp_src);
575 }
576
577 static void
578 subtable_replace_head_rule(struct classifier *cls OVS_UNUSED,
579                            struct cls_subtable *subtable,
580                            struct cls_match *head, struct cls_match *new,
581                            uint32_t hash, uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES])
582 {
583     /* Rule's data is already in the tries. */
584
585     new->partition = head->partition; /* Steal partition, if any. */
586     head->partition = NULL;
587
588     for (int i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
589         cmap_replace(&subtable->indices[i], &head->index_nodes[i],
590                      &new->index_nodes[i], ihash[i]);
591     }
592     cmap_replace(&subtable->rules, &head->cmap_node, &new->cmap_node, hash);
593 }
594
595 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
596  * must not modify or free it.
597  *
598  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
599  * fixed fields, and priority), replaces the old rule by 'rule' and returns the
600  * rule that was replaced.  The caller takes ownership of the returned rule and
601  * is thus responsible for destroying it with cls_rule_destroy(), after RCU
602  * grace period has passed (see ovsrcu_postpone()).
603  *
604  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
605  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
606  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
607  * superset of their flows and has higher priority.
608  */
609 const struct cls_rule *
610 classifier_replace(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
611                    const struct cls_conjunction *conjs, size_t n_conjs)
612 {
613     struct cls_match *new;
614     struct cls_subtable *subtable;
615     uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES];
616     uint8_t prev_be64ofs = 0;
617     struct cls_match *head;
618     size_t n_rules = 0;
619     uint32_t basis;
620     uint32_t hash;
621     int i;
622
623     ovs_assert(rule->version > 0);
624
625     /* 'new' is initially invisible to lookups. */
626     new = cls_match_alloc(rule, conjs, n_conjs);
627
628     CONST_CAST(struct cls_rule *, rule)->cls_match = new;
629
630     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
631     if (!subtable) {
632         subtable = insert_subtable(cls, &rule->match.mask);
633     }
634
635     /* Compute hashes in segments. */
636     basis = 0;
637     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
638         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be64ofs,
639                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
640         prev_be64ofs = subtable->index_ofs[i];
641     }
642     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be64ofs, FLOW_U64S, &basis);
643
644     head = find_equal(subtable, &rule->match.flow, hash);
645     if (!head) {
646         /* Add rule to tries.
647          *
648          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
649          * which might require being fixed up by revalidation later. */
650         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
651             if (subtable->trie_plen[i]) {
652                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
653             }
654         }
655
656         /* Add rule to ports trie. */
657         if (subtable->ports_mask_len) {
658             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
659              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
660              * and they will always match (== their original value does not
661              * matter). */
662             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
663
664             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
665                                subtable->ports_mask_len);
666         }
667
668         /* Add rule to partitions.
669          *
670          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
671          * which might require being fixed up by revalidation later. */
672         new->partition = NULL;
673         if (minimask_get_metadata_mask(&rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
674             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(&rule->match.flow);
675
676             new->partition = create_partition(cls, subtable, metadata);
677         }
678
679         /* Add new node to segment indices.
680          *
681          * Readers may find the rule in the indices before the rule is visible
682          * in the subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
683          * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
684          * wildcarding.  This will be fixed later by revalidation (always
685          * scheduled after flow table changes). */
686         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
687             cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
688         }
689         n_rules = cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
690     } else {   /* Equal rules exist in the classifier already. */
691         struct cls_match *prev, *iter;
692
693         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
694          * order of decreasing priority.  Insert after rules marked invisible
695          * in any version of the same priority. */
696         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
697             if (rule->priority > iter->priority
698                 || (rule->priority == iter->priority
699                     && !cls_match_is_eventually_invisible(iter))) {
700                 break;
701             }
702         }
703
704         /* Replace 'iter' with 'new' or insert 'new' between 'prev' and
705          * 'iter'. */
706         if (iter) {
707             struct cls_rule *old;
708
709             if (rule->priority == iter->priority) {
710                 cls_match_replace(prev, iter, new);
711                 old = CONST_CAST(struct cls_rule *, iter->cls_rule);
712             } else {
713                 cls_match_insert(prev, iter, new);
714                 old = NULL;
715             }
716
717             /* Replace the existing head in data structures, if rule is the new
718              * head. */
719             if (iter == head) {
720                 subtable_replace_head_rule(cls, subtable, head, new, hash,
721                                            ihash);
722             }
723
724             if (old) {
725                 struct cls_conjunction_set *conj_set;
726
727                 conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
728                                                 &iter->conj_set);
729                 if (conj_set) {
730                     ovsrcu_postpone(free, conj_set);
731                 }
732
733                 ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, iter);
734                 old->cls_match = NULL;
735
736                 /* No change in subtable's max priority or max count. */
737
738                 /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
739                 cls_match_set_visibility(new, rule->version);
740
741                 /* Make rule visible to iterators (immediately). */
742                 rculist_replace(CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node),
743                                 &old->node);
744
745                 /* Return displaced rule.  Caller is responsible for keeping it
746                  * around until all threads quiesce. */
747                 return old;
748             }
749         } else {
750             /* 'new' is new node after 'prev' */
751             cls_match_insert(prev, iter, new);
752         }
753     }
754
755     /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
756     cls_match_set_visibility(new, rule->version);
757
758     /* Make rule visible to iterators (immediately). */
759     rculist_push_back(&subtable->rules_list,
760                       CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node));
761
762     /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority' and
763      * 'max_count', if necessary.
764      *
765      * The rule was already inserted, but concurrent readers may not see the
766      * rule yet as the subtables vector is not updated yet.  This will have to
767      * be fixed by revalidation later. */
768     if (n_rules == 1) {
769         subtable->max_priority = rule->priority;
770         subtable->max_count = 1;
771         pvector_insert(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
772     } else if (rule->priority == subtable->max_priority) {
773         ++subtable->max_count;
774     } else if (rule->priority > subtable->max_priority) {
775         subtable->max_priority = rule->priority;
776         subtable->max_count = 1;
777         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
778     }
779
780     /* Nothing was replaced. */
781     cls->n_rules++;
782
783     if (cls->publish) {
784         pvector_publish(&cls->subtables);
785     }
786
787     return NULL;
788 }
789
790 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
791  * must not modify or free it.
792  *
793  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
794  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
795  * such a rule. */
796 void
797 classifier_insert(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
798                   const struct cls_conjunction conj[], size_t n_conj)
799 {
800     const struct cls_rule *displaced_rule
801         = classifier_replace(cls, rule, conj, n_conj);
802     ovs_assert(!displaced_rule);
803 }
804
805 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
806  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
807  * resides, etc., as necessary.
808  *
809  * Does nothing if 'rule' has been already removed, or was never inserted.
810  *
811  * Returns the removed rule, or NULL, if it was already removed.
812  */
813 const struct cls_rule *
814 classifier_remove(struct classifier *cls, const struct cls_rule *cls_rule)
815 {
816     struct cls_match *rule, *prev, *next, *head;
817     struct cls_partition *partition;
818     struct cls_conjunction_set *conj_set;
819     struct cls_subtable *subtable;
820     int i;
821     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
822     uint8_t prev_be64ofs = 0;
823     size_t n_rules;
824
825     rule = cls_rule->cls_match;
826     if (!rule) {
827         return NULL;
828     }
829     /* Mark as removed. */
830     CONST_CAST(struct cls_rule *, cls_rule)->cls_match = NULL;
831
832     /* Remove 'cls_rule' from the subtable's rules list. */
833     rculist_remove(CONST_CAST(struct rculist *, &cls_rule->node));
834
835     subtable = find_subtable(cls, &cls_rule->match.mask);
836     ovs_assert(subtable);
837
838     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
839         ihash[i] = minimatch_hash_range(&cls_rule->match, prev_be64ofs,
840                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
841         prev_be64ofs = subtable->index_ofs[i];
842     }
843     hash = minimatch_hash_range(&cls_rule->match, prev_be64ofs, FLOW_U64S,
844                                 &basis);
845
846     head = find_equal(subtable, &cls_rule->match.flow, hash);
847
848     /* Check if the rule is not the head rule. */
849     if (rule != head) {
850         struct cls_match *iter;
851
852         /* Not the head rule, but potentially one with the same priority. */
853         /* Remove from the list of equal rules. */
854         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
855             if (rule == iter) {
856                 break;
857             }
858         }
859         ovs_assert(iter == rule);
860
861         cls_match_remove(prev, rule);
862
863         goto check_priority;
864     }
865
866     /* 'rule' is the head rule.  Check if there is another rule to
867      * replace 'rule' in the data structures. */
868     next = cls_match_next_protected(rule);
869     if (next) {
870         subtable_replace_head_rule(cls, subtable, rule, next, hash, ihash);
871         goto check_priority;
872     }
873
874     /* 'rule' is last of the kind in the classifier, must remove from all the
875      * data structures. */
876
877     if (subtable->ports_mask_len) {
878         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&cls_rule->match);
879
880         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
881                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
882     }
883     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
884         if (subtable->trie_plen[i]) {
885             trie_remove(&cls->tries[i], cls_rule, subtable->trie_plen[i]);
886         }
887     }
888
889     /* Remove rule node from indices. */
890     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
891         cmap_remove(&subtable->indices[i], &rule->index_nodes[i], ihash[i]);
892     }
893     n_rules = cmap_remove(&subtable->rules, &rule->cmap_node, hash);
894
895     partition = rule->partition;
896     if (partition) {
897         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
898                              subtable->tag);
899         if (!partition->tags) {
900             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
901                         hash_metadata(partition->metadata));
902             ovsrcu_postpone(free, partition);
903         }
904     }
905
906     if (n_rules == 0) {
907         destroy_subtable(cls, subtable);
908     } else {
909 check_priority:
910         if (subtable->max_priority == rule->priority
911             && --subtable->max_count == 0) {
912             /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
913             int max_priority = INT_MIN;
914             struct cls_match *head;
915
916             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
917                 if (head->priority > max_priority) {
918                     max_priority = head->priority;
919                     subtable->max_count = 1;
920                 } else if (head->priority == max_priority) {
921                     ++subtable->max_count;
922                 }
923             }
924             subtable->max_priority = max_priority;
925             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
926         }
927     }
928
929     if (cls->publish) {
930         pvector_publish(&cls->subtables);
931     }
932
933     /* free the rule. */
934     conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
935                                     &rule->conj_set);
936     if (conj_set) {
937         ovsrcu_postpone(free, conj_set);
938     }
939     ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, rule);
940     cls->n_rules--;
941
942     return cls_rule;
943 }
944
945 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
946  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
947  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
948  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
949  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
950  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
951 struct trie_ctx {
952     const struct cls_trie *trie;
953     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
954     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
955     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
956     union mf_value match_plens; /* Bitmask of prefix lengths with possible
957                                  * matches. */
958 };
959
960 static void
961 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
962 {
963     ctx->trie = trie;
964     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
965     ctx->lookup_done = false;
966 }
967
968 struct conjunctive_match {
969     struct hmap_node hmap_node;
970     uint32_t id;
971     uint64_t clauses;
972 };
973
974 static struct conjunctive_match *
975 find_conjunctive_match__(struct hmap *matches, uint64_t id, uint32_t hash)
976 {
977     struct conjunctive_match *m;
978
979     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (m, hmap_node, hash, matches) {
980         if (m->id == id) {
981             return m;
982         }
983     }
984     return NULL;
985 }
986
987 static bool
988 find_conjunctive_match(const struct cls_conjunction_set *set,
989                        unsigned int max_n_clauses, struct hmap *matches,
990                        struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs,
991                        uint32_t *idp)
992 {
993     const struct cls_conjunction *c;
994
995     if (max_n_clauses < set->min_n_clauses) {
996         return false;
997     }
998
999     for (c = set->conj; c < &set->conj[set->n]; c++) {
1000         struct conjunctive_match *cm;
1001         uint32_t hash;
1002
1003         if (c->n_clauses > max_n_clauses) {
1004             continue;
1005         }
1006
1007         hash = hash_int(c->id, 0);
1008         cm = find_conjunctive_match__(matches, c->id, hash);
1009         if (!cm) {
1010             size_t n = hmap_count(matches);
1011
1012             cm = n < n_cm_stubs ? &cm_stubs[n] : xmalloc(sizeof *cm);
1013             hmap_insert(matches, &cm->hmap_node, hash);
1014             cm->id = c->id;
1015             cm->clauses = UINT64_MAX << (c->n_clauses & 63);
1016         }
1017         cm->clauses |= UINT64_C(1) << c->clause;
1018         if (cm->clauses == UINT64_MAX) {
1019             *idp = cm->id;
1020             return true;
1021         }
1022     }
1023     return false;
1024 }
1025
1026 static void
1027 free_conjunctive_matches(struct hmap *matches,
1028                          struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs)
1029 {
1030     if (hmap_count(matches) > n_cm_stubs) {
1031         struct conjunctive_match *cm, *next;
1032
1033         HMAP_FOR_EACH_SAFE (cm, next, hmap_node, matches) {
1034             if (!(cm >= cm_stubs && cm < &cm_stubs[n_cm_stubs])) {
1035                 free(cm);
1036             }
1037         }
1038     }
1039     hmap_destroy(matches);
1040 }
1041
1042 /* Like classifier_lookup(), except that support for conjunctive matches can be
1043  * configured with 'allow_conjunctive_matches'.  That feature is not exposed
1044  * externally because turning off conjunctive matches is only useful to avoid
1045  * recursion within this function itself.
1046  *
1047  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1048  * Any changes are restored before returning. */
1049 static const struct cls_rule *
1050 classifier_lookup__(const struct classifier *cls, long long version,
1051                     struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc,
1052                     bool allow_conjunctive_matches)
1053 {
1054     const struct cls_partition *partition;
1055     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
1056     const struct cls_match *match;
1057     tag_type tags;
1058
1059     /* Highest-priority flow in 'cls' that certainly matches 'flow'. */
1060     const struct cls_match *hard = NULL;
1061     int hard_pri = INT_MIN;     /* hard ? hard->priority : INT_MIN. */
1062
1063     /* Highest-priority conjunctive flows in 'cls' matching 'flow'.  Since
1064      * these are (components of) conjunctive flows, we can only know whether
1065      * the full conjunctive flow matches after seeing multiple of them.  Thus,
1066      * we refer to these as "soft matches". */
1067     struct cls_conjunction_set *soft_stub[64];
1068     struct cls_conjunction_set **soft = soft_stub;
1069     size_t n_soft = 0, allocated_soft = ARRAY_SIZE(soft_stub);
1070     int soft_pri = INT_MIN;    /* n_soft ? MAX(soft[*]->priority) : INT_MIN. */
1071
1072     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
1073      * when table configuration changes, which happens typically only on
1074      * startup. */
1075     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
1076
1077     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
1078      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
1079      *
1080      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
1081      *       'tags' for 'partition->tags'.
1082      *
1083      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
1084      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
1085      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
1086      *
1087      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
1088      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
1089      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
1090      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
1091      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
1092      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
1093      * need a special case.
1094      */
1095     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
1096                  ? NULL
1097                  : find_partition(cls, flow->metadata,
1098                                   hash_metadata(flow->metadata)));
1099     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
1100
1101     /* Initialize trie contexts for find_match_wc(). */
1102     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1103         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
1104     }
1105
1106     /* Main loop. */
1107     struct cls_subtable *subtable;
1108     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, hard_pri, 2, sizeof *subtable,
1109                                &cls->subtables) {
1110         struct cls_conjunction_set *conj_set;
1111
1112         /* Skip subtables not in our partition. */
1113         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
1114             continue;
1115         }
1116
1117         /* Skip subtables with no match, or where the match is lower-priority
1118          * than some certain match we've already found. */
1119         match = find_match_wc(subtable, version, flow, trie_ctx, cls->n_tries,
1120                               wc);
1121         if (!match || match->priority <= hard_pri) {
1122             continue;
1123         }
1124
1125         conj_set = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
1126         if (!conj_set) {
1127             /* 'match' isn't part of a conjunctive match.  It's the best
1128              * certain match we've got so far, since we know that it's
1129              * higher-priority than hard_pri.
1130              *
1131              * (There might be a higher-priority conjunctive match.  We can't
1132              * tell yet.) */
1133             hard = match;
1134             hard_pri = hard->priority;
1135         } else if (allow_conjunctive_matches) {
1136             /* 'match' is part of a conjunctive match.  Add it to the list. */
1137             if (OVS_UNLIKELY(n_soft >= allocated_soft)) {
1138                 struct cls_conjunction_set **old_soft = soft;
1139
1140                 allocated_soft *= 2;
1141                 soft = xmalloc(allocated_soft * sizeof *soft);
1142                 memcpy(soft, old_soft, n_soft * sizeof *soft);
1143                 if (old_soft != soft_stub) {
1144                     free(old_soft);
1145                 }
1146             }
1147             soft[n_soft++] = conj_set;
1148
1149             /* Keep track of the highest-priority soft match. */
1150             if (soft_pri < match->priority) {
1151                 soft_pri = match->priority;
1152             }
1153         }
1154     }
1155
1156     /* In the common case, at this point we have no soft matches and we can
1157      * return immediately.  (We do the same thing if we have potential soft
1158      * matches but none of them are higher-priority than our hard match.) */
1159     if (hard_pri >= soft_pri) {
1160         if (soft != soft_stub) {
1161             free(soft);
1162         }
1163         return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1164     }
1165
1166     /* At this point, we have some soft matches.  We might also have a hard
1167      * match; if so, its priority is lower than the highest-priority soft
1168      * match. */
1169
1170     /* Soft match loop.
1171      *
1172      * Check whether soft matches are real matches. */
1173     for (;;) {
1174         /* Delete soft matches that are null.  This only happens in second and
1175          * subsequent iterations of the soft match loop, when we drop back from
1176          * a high-priority soft match to a lower-priority one.
1177          *
1178          * Also, delete soft matches whose priority is less than or equal to
1179          * the hard match's priority.  In the first iteration of the soft
1180          * match, these can be in 'soft' because the earlier main loop found
1181          * the soft match before the hard match.  In second and later iteration
1182          * of the soft match loop, these can be in 'soft' because we dropped
1183          * back from a high-priority soft match to a lower-priority soft match.
1184          *
1185          * It is tempting to delete soft matches that cannot be satisfied
1186          * because there are fewer soft matches than required to satisfy any of
1187          * their conjunctions, but we cannot do that because there might be
1188          * lower priority soft or hard matches with otherwise identical
1189          * matches.  (We could special case those here, but there's no
1190          * need--we'll do so at the bottom of the soft match loop anyway and
1191          * this duplicates less code.)
1192          *
1193          * It's also tempting to break out of the soft match loop if 'n_soft ==
1194          * 1' but that would also miss lower-priority hard matches.  We could
1195          * special case that also but again there's no need. */
1196         for (int i = 0; i < n_soft; ) {
1197             if (!soft[i] || soft[i]->priority <= hard_pri) {
1198                 soft[i] = soft[--n_soft];
1199             } else {
1200                 i++;
1201             }
1202         }
1203         if (!n_soft) {
1204             break;
1205         }
1206
1207         /* Find the highest priority among the soft matches.  (We know this
1208          * must be higher than the hard match's priority; otherwise we would
1209          * have deleted all of the soft matches in the previous loop.)  Count
1210          * the number of soft matches that have that priority. */
1211         soft_pri = INT_MIN;
1212         int n_soft_pri = 0;
1213         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1214             if (soft[i]->priority > soft_pri) {
1215                 soft_pri = soft[i]->priority;
1216                 n_soft_pri = 1;
1217             } else if (soft[i]->priority == soft_pri) {
1218                 n_soft_pri++;
1219             }
1220         }
1221         ovs_assert(soft_pri > hard_pri);
1222
1223         /* Look for a real match among the highest-priority soft matches.
1224          *
1225          * It's unusual to have many conjunctive matches, so we use stubs to
1226          * avoid calling malloc() in the common case.  An hmap has a built-in
1227          * stub for up to 2 hmap_nodes; possibly, we would benefit a variant
1228          * with a bigger stub. */
1229         struct conjunctive_match cm_stubs[16];
1230         struct hmap matches;
1231
1232         hmap_init(&matches);
1233         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1234             uint32_t id;
1235
1236             if (soft[i]->priority == soft_pri
1237                 && find_conjunctive_match(soft[i], n_soft_pri, &matches,
1238                                           cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs),
1239                                           &id)) {
1240                 uint32_t saved_conj_id = flow->conj_id;
1241                 const struct cls_rule *rule;
1242
1243                 flow->conj_id = id;
1244                 rule = classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, false);
1245                 flow->conj_id = saved_conj_id;
1246
1247                 if (rule) {
1248                     free_conjunctive_matches(&matches,
1249                                              cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1250                     if (soft != soft_stub) {
1251                         free(soft);
1252                     }
1253                     return rule;
1254                 }
1255             }
1256         }
1257         free_conjunctive_matches(&matches, cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1258
1259         /* There's no real match among the highest-priority soft matches.
1260          * However, if any of those soft matches has a lower-priority but
1261          * otherwise identical flow match, then we need to consider those for
1262          * soft or hard matches.
1263          *
1264          * The next iteration of the soft match loop will delete any null
1265          * pointers we put into 'soft' (and some others too). */
1266         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1267             if (soft[i]->priority != soft_pri) {
1268                 continue;
1269             }
1270
1271             /* Find next-lower-priority flow with identical flow match. */
1272             match = next_visible_rule_in_list(soft[i]->match, version);
1273             if (match) {
1274                 soft[i] = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *,
1275                                      &match->conj_set);
1276                 if (!soft[i]) {
1277                     /* The flow is a hard match; don't treat as a soft
1278                      * match. */
1279                     if (match->priority > hard_pri) {
1280                         hard = match;
1281                         hard_pri = hard->priority;
1282                     }
1283                 }
1284             } else {
1285                 /* No such lower-priority flow (probably the common case). */
1286                 soft[i] = NULL;
1287             }
1288         }
1289     }
1290
1291     if (soft != soft_stub) {
1292         free(soft);
1293     }
1294     return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1295 }
1296
1297 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow' and
1298  * that is visible in 'version'.  Returns a null pointer if no rules in 'cls'
1299  * match 'flow'.  If multiple rules of equal priority match 'flow', returns one
1300  * arbitrarily.
1301  *
1302  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
1303  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
1304  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
1305  * flow_wildcards_init_catchall()).
1306  *
1307  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1308  * Any changes are restored before returning. */
1309 const struct cls_rule *
1310 classifier_lookup(const struct classifier *cls, long long version,
1311                   struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc)
1312 {
1313     return classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, true);
1314 }
1315
1316 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1317  * matching criteria as 'target', and that is visible in 'target->version.
1318  * Only one such rule may ever exist.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1319  * contain an exact match. */
1320 const struct cls_rule *
1321 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1322                              const struct cls_rule *target)
1323 {
1324     const struct cls_match *head, *rule;
1325     const struct cls_subtable *subtable;
1326
1327     subtable = find_subtable(cls, &target->match.mask);
1328     if (!subtable) {
1329         return NULL;
1330     }
1331
1332     head = find_equal(subtable, &target->match.flow,
1333                       miniflow_hash_in_minimask(&target->match.flow,
1334                                                 &target->match.mask, 0));
1335     if (!head) {
1336         return NULL;
1337     }
1338     CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1339         if (rule->priority < target->priority) {
1340             break; /* Not found. */
1341         }
1342         if (rule->priority == target->priority
1343             && cls_match_visible_in_version(rule, target->version)) {
1344             return rule->cls_rule;
1345         }
1346     }
1347     return NULL;
1348 }
1349
1350 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1351  * same matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1352  * Returns a null pointer if 'cls' doesn't contain an exact match visible in
1353  * 'version'. */
1354 const struct cls_rule *
1355 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1356                               const struct match *target, int priority,
1357                               long long version)
1358 {
1359     const struct cls_rule *retval;
1360     struct cls_rule cr;
1361
1362     cls_rule_init(&cr, target, priority, version);
1363     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr);
1364     cls_rule_destroy(&cr);
1365
1366     return retval;
1367 }
1368
1369 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls'.  Two rules are
1370  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
1371  * could match both, and if both rules are visible in the same version.
1372  *
1373  * A trivial example of overlapping rules is two rules matching disjoint sets
1374  * of fields. E.g., if one rule matches only on port number, while another only
1375  * on dl_type, any packet from that specific port and with that specific
1376  * dl_type could match both, if the rules also have the same priority. */
1377 bool
1378 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1379                          const struct cls_rule *target)
1380 {
1381     struct cls_subtable *subtable;
1382
1383     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1384     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, target->priority - 1, 2,
1385                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1386         uint64_t storage[FLOW_U64S];
1387         struct minimask mask;
1388         const struct cls_rule *rule;
1389
1390         minimask_combine(&mask, &target->match.mask, &subtable->mask, storage);
1391
1392         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1393             if (rule->priority == target->priority
1394                 && miniflow_equal_in_minimask(&target->match.flow,
1395                                               &rule->match.flow, &mask)
1396                 && cls_match_visible_in_version(rule->cls_match,
1397                                                 target->version)) {
1398                 return true;
1399             }
1400         }
1401     }
1402     return false;
1403 }
1404
1405 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1406  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1407  * function returns true if, for every field:
1408  *
1409  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1410  *     field, or
1411  *
1412  *   - 'criteria' wildcards the field,
1413  *
1414  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1415  * if, for at least one field:
1416  *
1417  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1418  *
1419  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1420  *
1421  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1422  *
1423  *                                     rule
1424  *
1425  *                   c         wildcard    exact
1426  *                   r        +---------+---------+
1427  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1428  *                   t   card |         |         |
1429  *                   e        +---------+---------+
1430  *                   r  exact |    no   |if values|
1431  *                   i        |         |are equal|
1432  *                   a        +---------+---------+
1433  *
1434  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1435  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1436  *
1437  * Ignores rule->priority. */
1438 bool
1439 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1440                         const struct minimatch *criteria)
1441 {
1442     return (!minimask_has_extra(&rule->match.mask, &criteria->mask)
1443             && miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &criteria->flow,
1444                                           &criteria->mask));
1445 }
1446 \f
1447 /* Iteration. */
1448
1449 /* Rule may only match a target if it is visible in target's version.  For NULL
1450  * target we only return rules that are not invisible in any version. */
1451 static bool
1452 rule_matches(const struct cls_rule *rule, const struct cls_rule *target)
1453 {
1454     /* Iterators never see duplicate rules with the same priority. */
1455     return target
1456         ? (miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &target->match.flow,
1457                                       &target->match.mask)
1458            && cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, target->version))
1459         : !cls_match_is_eventually_invisible(rule->cls_match);
1460 }
1461
1462 static const struct cls_rule *
1463 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1464                 struct cls_cursor *cursor)
1465 {
1466     if (!cursor->target
1467         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, &cursor->target->match.mask)) {
1468         const struct cls_rule *rule;
1469
1470         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1471             if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1472                 return rule;
1473             }
1474         }
1475     }
1476     return NULL;
1477 }
1478
1479 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1480  * first matching cls_rule via '*pnode', or NULL if there are no matches.
1481  *
1482  *     - If 'target' is null, or if the 'target' is a catchall target and the
1483  *       target's version is CLS_NO_VERSION, the cursor will visit every rule
1484  *       in 'cls' that is not invisible in any version.
1485  *
1486  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1487  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true and that
1488  *       the rule is visible in 'target->version'.
1489  *
1490  * Ignores target->priority. */
1491 struct cls_cursor
1492 cls_cursor_start(const struct classifier *cls, const struct cls_rule *target)
1493 {
1494     struct cls_cursor cursor;
1495     struct cls_subtable *subtable;
1496
1497     cursor.cls = cls;
1498     cursor.target = target && (!cls_rule_is_catchall(target)
1499                                || target->version != CLS_MAX_VERSION)
1500         ? target : NULL;
1501     cursor.rule = NULL;
1502
1503     /* Find first rule. */
1504     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH (subtable, &cursor.subtables,
1505                              &cursor.cls->subtables) {
1506         const struct cls_rule *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1507
1508         if (rule) {
1509             cursor.subtable = subtable;
1510             cursor.rule = rule;
1511             break;
1512         }
1513     }
1514
1515     return cursor;
1516 }
1517
1518 static const struct cls_rule *
1519 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor)
1520 {
1521     const struct cls_rule *rule;
1522     const struct cls_subtable *subtable;
1523
1524     rule = cursor->rule;
1525     subtable = cursor->subtable;
1526     RCULIST_FOR_EACH_CONTINUE (rule, node, &subtable->rules_list) {
1527         if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1528             return rule;
1529         }
1530     }
1531
1532     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, &cursor->subtables) {
1533         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1534         if (rule) {
1535             cursor->subtable = subtable;
1536             return rule;
1537         }
1538     }
1539
1540     return NULL;
1541 }
1542
1543 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1544  * or to null if all matching rules have been visited. */
1545 void
1546 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1547 {
1548     cursor->rule = cls_cursor_next(cursor);
1549 }
1550 \f
1551 static struct cls_subtable *
1552 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1553 {
1554     struct cls_subtable *subtable;
1555
1556     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1557                              &cls->subtables_map) {
1558         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1559             return subtable;
1560         }
1561     }
1562     return NULL;
1563 }
1564
1565 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1566 static struct cls_subtable *
1567 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1568 {
1569     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1570     struct cls_subtable *subtable;
1571     int i, index = 0;
1572     struct flow_wildcards old, new;
1573     uint8_t prev;
1574     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1575
1576     subtable = xzalloc(sizeof *subtable - sizeof mask->masks.inline_values
1577                        + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1578     cmap_init(&subtable->rules);
1579     miniflow_clone_inline(CONST_CAST(struct miniflow *, &subtable->mask.masks),
1580                           &mask->masks, count);
1581
1582     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1583     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1584     old = new;
1585     prev = 0;
1586     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1587         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1588                                            cls->flow_segments[i]);
1589         /* Add an index if it adds mask bits. */
1590         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1591             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1592             *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->index_ofs[index])
1593                 = cls->flow_segments[i];
1594             index++;
1595             old = new;
1596         }
1597         prev = cls->flow_segments[i];
1598     }
1599     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1600      * and remove the last index if it doesn't. */
1601     if (index > 0) {
1602         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U64S);
1603         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1604             --index;
1605             *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->index_ofs[index]) = 0;
1606             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1607         }
1608     }
1609     *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->n_indices) = index;
1610
1611     *CONST_CAST(tag_type *, &subtable->tag) =
1612         (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1613          ? tag_create_deterministic(hash)
1614          : TAG_ALL);
1615
1616     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1617         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1618                                                          cls->tries[i].field);
1619     }
1620
1621     /* Ports trie. */
1622     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1623     *CONST_CAST(int *, &subtable->ports_mask_len)
1624         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1625
1626     /* List of rules. */
1627     rculist_init(&subtable->rules_list);
1628
1629     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1630
1631     return subtable;
1632 }
1633
1634 /* RCU readers may still access the subtable before it is actually freed. */
1635 static void
1636 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1637 {
1638     int i;
1639
1640     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1641     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1642                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1643
1644     ovs_assert(ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, &subtable->ports_trie)
1645                == NULL);
1646     ovs_assert(cmap_is_empty(&subtable->rules));
1647     ovs_assert(rculist_is_empty(&subtable->rules_list));
1648
1649     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1650         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1651     }
1652     cmap_destroy(&subtable->rules);
1653     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1654 }
1655
1656 struct range {
1657     uint8_t start;
1658     uint8_t end;
1659 };
1660
1661 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1662
1663 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1664  * lookup results. */
1665 static inline bool
1666 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1667             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1668             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1669             struct flow_wildcards *wc)
1670 {
1671     int j;
1672
1673     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1674      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1675      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1676     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1677         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1678         if (field_plen[j]) {
1679             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1680             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1681             uint8_t be64ofs = be32ofs / 2;
1682
1683             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1684             if (be64ofs >= ofs.start && be64ofs < ofs.end) {
1685                 /* On-demand trie lookup. */
1686                 if (!ctx->lookup_done) {
1687                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1688                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1689                                                 &ctx->match_plens);
1690                     ctx->lookup_done = true;
1691                 }
1692                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1693                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1694                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1695                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1696                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1697                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1698                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1699                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1700                      * packet.  Hence the checks below. */
1701
1702                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1703                      * than this subtable would otherwise. */
1704                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1705                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1706                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1707                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1708                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1709                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1710                         return true;
1711                     }
1712                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1713                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1714                         return true;
1715                     }
1716                 }
1717             }
1718         }
1719     }
1720     return false;
1721 }
1722
1723 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1724  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1725  * value has the correct value in 'target'.
1726  *
1727  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1728  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1729  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1730  * takes the 'wc'. */
1731 static inline bool
1732 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1733                                const struct minimask *mask,
1734                                const struct flow *target)
1735 {
1736     const uint64_t *flowp = miniflow_get_values(flow);
1737     const uint64_t *maskp = miniflow_get_values(&mask->masks);
1738     int idx;
1739
1740     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1741         uint64_t diff = (*flowp++ ^ flow_u64_value(target, idx)) & *maskp++;
1742
1743         if (diff) {
1744             return false;
1745         }
1746     }
1747
1748     return true;
1749 }
1750
1751 static inline const struct cls_match *
1752 find_match(const struct cls_subtable *subtable, long long version,
1753            const struct flow *flow, uint32_t hash)
1754 {
1755     const struct cls_match *head, *rule;
1756
1757     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1758         if (OVS_LIKELY(miniflow_and_mask_matches_flow(&head->flow,
1759                                                       &subtable->mask,
1760                                                       flow))) {
1761             /* Return highest priority rule that is visible. */
1762             CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1763                 if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule, version))) {
1764                     return rule;
1765                 }
1766             }
1767         }
1768     }
1769
1770     return NULL;
1771 }
1772
1773 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1774  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1775  * value has the correct value in 'target'.
1776  *
1777  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1778  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1779 static inline bool
1780 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1781                                   const struct minimask *mask,
1782                                   const struct flow *target,
1783                                   struct flow_wildcards *wc)
1784 {
1785     const uint64_t *flowp = miniflow_get_values(flow);
1786     const uint64_t *maskp = miniflow_get_values(&mask->masks);
1787     int idx;
1788
1789     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1790         uint64_t mask = *maskp++;
1791         uint64_t diff = (*flowp++ ^ flow_u64_value(target, idx)) & mask;
1792
1793         if (diff) {
1794             /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1795              * exact-matched. */
1796             if (!(flow_u64_value(&wc->masks, idx) & diff)) {
1797                 /* Keep one bit of the difference.  The selected bit may be
1798                  * different in big-endian v.s. little-endian systems. */
1799                 *flow_u64_lvalue(&wc->masks, idx) |= rightmost_1bit(diff);
1800             }
1801             return false;
1802         }
1803         /* Fill in the bits that were looked at. */
1804         *flow_u64_lvalue(&wc->masks, idx) |= mask;
1805     }
1806
1807     return true;
1808 }
1809
1810 /* Unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1811 static void
1812 fill_range_wc(const struct cls_subtable *subtable, struct flow_wildcards *wc,
1813               uint8_t to)
1814 {
1815     if (to) {
1816         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, to);
1817     }
1818 }
1819
1820 static const struct cls_match *
1821 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, long long version,
1822               const struct flow *flow, struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES],
1823               unsigned int n_tries, struct flow_wildcards *wc)
1824 {
1825     uint32_t basis = 0, hash;
1826     const struct cls_match *rule = NULL;
1827     int i;
1828     struct range ofs;
1829
1830     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1831         return find_match(subtable, version, flow,
1832                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1833     }
1834
1835     ofs.start = 0;
1836     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1837     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1838         const struct cmap_node *inode;
1839
1840         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1841
1842         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1843                         wc)) {
1844             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1845              * bits used so far. */
1846             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1847             return NULL;
1848         }
1849         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1850                                            ofs.end, &basis);
1851         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1852         if (!inode) {
1853             /* No match, can stop immediately, but must fold in the bits
1854              * used in lookup so far. */
1855             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.end);
1856             return NULL;
1857         }
1858
1859         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1860          * that rule matches.  Either way, we're done.
1861          *
1862          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1863          * optimization. */
1864         if (!cmap_node_next(inode)) {
1865             const struct cls_match *head;
1866
1867             ASSIGN_CONTAINER(head, inode - i, index_nodes);
1868             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&head->flow, &subtable->mask,
1869                                                   flow, wc)) {
1870                 /* Return highest priority rule that is visible. */
1871                 CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1872                     if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule,
1873                                                                 version))) {
1874                         return rule;
1875                     }
1876                 }
1877             }
1878             return NULL;
1879         }
1880         ofs.start = ofs.end;
1881     }
1882     ofs.end = FLOW_U64S;
1883     /* Trie check for the final range. */
1884     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1885         fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1886         return NULL;
1887     }
1888     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1889                                        ofs.end, &basis);
1890     rule = find_match(subtable, version, flow, hash);
1891     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1892         /* Ports are always part of the final range, if any.
1893          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1894          * which ports bits to unwildcard. */
1895         unsigned int mbits;
1896         ovs_be32 value, plens, mask;
1897
1898         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1899         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1900         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1901
1902         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1903             mask & be32_prefix_mask(mbits);
1904
1905         /* Unwildcard all bits in the mask upto the ports, as they were used
1906          * to determine there is no match. */
1907         fill_range_wc(subtable, wc, TP_PORTS_OFS64);
1908         return NULL;
1909     }
1910
1911     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1912     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1913     return rule;
1914 }
1915
1916 static struct cls_match *
1917 find_equal(const struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1918            uint32_t hash)
1919 {
1920     struct cls_match *head;
1921
1922     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1923         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1924             return head;
1925         }
1926     }
1927     return NULL;
1928 }
1929 \f
1930 /* A longest-prefix match tree. */
1931
1932 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1933  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1934  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1935  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1936 static uint32_t
1937 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1938 {
1939     uint32_t prefix;
1940
1941     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1942     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1943
1944     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1945     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1946         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1947     }
1948     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1949     return prefix;
1950 }
1951
1952 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1953  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1954  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1955  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1956  * 'pr'". */
1957 static uint32_t
1958 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1959 {
1960     if (!plen) {
1961         return 0;
1962     }
1963     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1964         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1965     }
1966     /* Return with unwanted bits cleared. */
1967     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1968 }
1969
1970 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1971  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1972 static unsigned int
1973 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1974                   unsigned int ofs)
1975 {
1976     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1977     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1978     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1979 }
1980
1981 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1982  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1983 static unsigned int
1984 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1985                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1986 {
1987     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1988                              prefix, ofs);
1989 }
1990
1991 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1992  * be greater than 31. */
1993 static unsigned int
1994 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1995 {
1996     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1997 }
1998
1999 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
2000  * be between 0 and 31, inclusive. */
2001 static unsigned int
2002 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
2003 {
2004     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
2005 }
2006
2007 /* Create new branch. */
2008 static struct trie_node *
2009 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
2010                    unsigned int n_rules)
2011 {
2012     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
2013
2014     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
2015
2016     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
2017         node->n_bits = plen;
2018         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
2019         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
2020         node->n_rules = n_rules;
2021     } else { /* Need intermediate nodes. */
2022         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
2023                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
2024                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
2025                                                        n_rules);
2026         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
2027         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
2028         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
2029         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
2030         node->n_rules = 0;
2031     }
2032     return node;
2033 }
2034
2035 static void
2036 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
2037 {
2038     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
2039 }
2040
2041 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
2042 static struct trie_node *
2043 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
2044 {
2045     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
2046
2047     *new_node = *node;
2048     trie_node_destroy(node);
2049
2050     return new_node;
2051 }
2052
2053 static void
2054 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
2055 {
2056     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
2057
2058     if (node) {
2059         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
2060         trie_destroy(&node->edges[0]);
2061         trie_destroy(&node->edges[1]);
2062         trie_node_destroy(node);
2063     }
2064 }
2065
2066 static bool
2067 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
2068 {
2069     /* No children? */
2070     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
2071         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
2072 }
2073
2074 static void
2075 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2076                      unsigned int n_bits)
2077 {
2078     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2079     unsigned int i;
2080
2081     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2082         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
2083     }
2084     if (n_bits % 32) {
2085         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2086     }
2087 }
2088
2089 static bool
2090 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2091                      unsigned int n_bits)
2092 {
2093     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2094     unsigned int i;
2095     ovs_be32 zeroes = 0;
2096
2097     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2098         zeroes |= ~mask[i];
2099     }
2100     if (n_bits % 32) {
2101         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2102     }
2103
2104     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
2105 }
2106
2107 static rcu_trie_ptr *
2108 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2109                unsigned int ofs)
2110 {
2111     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
2112 }
2113
2114 static const struct trie_node *
2115 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2116                unsigned int ofs)
2117 {
2118     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
2119                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
2120 }
2121
2122 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
2123  */
2124 static void
2125 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2126 {
2127     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
2128 }
2129
2130 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
2131  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2132  * matched.
2133  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2134  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2135  * calling this.
2136  */
2137 static unsigned int
2138 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2139                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2140 {
2141     const struct trie_node *prev = NULL;
2142     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2143     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2144
2145     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2146         unsigned int eqbits;
2147         /* Check if this edge can be followed. */
2148         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2149                                    match_len);
2150         match_len += eqbits;
2151         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2152             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2153             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2154         }
2155         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2156         if (node->n_rules > 0) {
2157             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2158         }
2159         if (match_len >= n_bits) {
2160             return n_bits; /* Full prefix. */
2161         }
2162     }
2163     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2164      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2165      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2166      * node). */
2167     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2168 }
2169
2170 static unsigned int
2171 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2172             union mf_value *plens)
2173 {
2174     const struct mf_field *mf = trie->field;
2175
2176     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2177      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2178      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2179     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2180         return trie_lookup_value(&trie->root,
2181                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2182                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2183     }
2184     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2185     return 0; /* Value not used in this case. */
2186 }
2187
2188 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2189  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2190  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2191 static unsigned int
2192 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2193                         const struct mf_field *mf)
2194 {
2195     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2196     uint8_t be32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2197     uint8_t be32_end = be32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2198
2199     for (; be32_ofs < be32_end; ++be32_ofs) {
2200         uint32_t mask = ntohl(minimask_get_be32(minimask, be32_ofs));
2201
2202         /* Validate mask, count the mask length. */
2203         if (mask_tz) {
2204             if (mask) {
2205                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2206             }
2207         } else {
2208             if (~mask & (~mask + 1)) {
2209                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2210             }
2211             mask_tz = ctz32(mask);
2212             n_bits += 32 - mask_tz;
2213         }
2214     }
2215
2216     return n_bits;
2217 }
2218
2219 /*
2220  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2221  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2222  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2223  * happened to be zeros.
2224  */
2225 static const ovs_be32 *
2226 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2227 {
2228     return (OVS_FORCE const ovs_be32 *)
2229         (miniflow_get_values(&match->flow)
2230          + count_1bits(match->flow.map &
2231                        ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs / 2) - 1)))
2232         + (mf->flow_be32ofs & 1);
2233 }
2234
2235 /* Insert rule in to the prefix tree.
2236  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2237  * in 'rule'. */
2238 static void
2239 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2240 {
2241     trie_insert_prefix(&trie->root,
2242                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2243 }
2244
2245 static void
2246 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2247 {
2248     struct trie_node *node;
2249     int ofs = 0;
2250
2251     /* Walk the tree. */
2252     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2253          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2254         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2255         ofs += eqbits;
2256         if (eqbits < node->n_bits) {
2257             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2258             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2259             struct trie_node *new_parent;
2260
2261             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2262                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2263             /* Copy the node to modify it. */
2264             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2265             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2266             node->prefix <<= eqbits;
2267             node->n_bits -= eqbits;
2268             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2269
2270             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2271             if (ofs < mlen) {
2272                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2273                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2274                                                      1));
2275             }
2276             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2277             return;
2278         }
2279         /* Full match so far. */
2280
2281         if (ofs == mlen) {
2282             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2283             node->n_rules++;
2284             return;
2285         }
2286     }
2287     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2288     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
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(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2295 {
2296     trie_remove_prefix(&trie->root,
2297                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2298 }
2299
2300 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2301  * in 'rule'. */
2302 static void
2303 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2304 {
2305     struct trie_node *node;
2306     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2307     int depth = 0, ofs = 0;
2308
2309     /* Walk the tree. */
2310     for (edges[0] = root;
2311          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2312          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2313         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2314
2315         if (eqbits < node->n_bits) {
2316             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2317              * only rules in the classifier are ever removed. */
2318             break; /* Log a warning. */
2319         }
2320         /* Full match so far. */
2321         ofs += eqbits;
2322
2323         if (ofs == mlen) {
2324             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2325             if (!node->n_rules) {
2326                 break; /* Log a warning. */
2327             }
2328             node->n_rules--;
2329
2330             /* Check if can prune the tree. */
2331             while (!node->n_rules) {
2332                 struct trie_node *next,
2333                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2334                                                   &node->edges[0]),
2335                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2336                                                   &node->edges[1]);
2337
2338                 if (edge0 && edge1) {
2339                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2340                 }
2341
2342                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2343                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2344
2345                 if (next) {
2346                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2347                         break;   /* Cannot combine. */
2348                     }
2349                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2350
2351                     /* Combine node with next. */
2352                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2353                     next->n_bits += node->n_bits;
2354                 }
2355                 /* Update the parent's edge. */
2356                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2357                 trie_node_destroy(node);
2358
2359                 if (next || !depth) {
2360                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2361                     break;
2362                 }
2363                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2364                                             edges[--depth]);
2365             }
2366             return;
2367         }
2368     }
2369     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2370      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2371     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2372 }
2373 \f
2374
2375 #define CLS_MATCH_POISON (struct cls_match *)(UINTPTR_MAX / 0xf * 0xb)
2376
2377 void
2378 cls_match_free_cb(struct cls_match *rule)
2379 {
2380     ovsrcu_set_hidden(&rule->next, CLS_MATCH_POISON);
2381     free(rule);
2382 }