util: Add be32_prefix_mask().
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "classifier.h"
19 #include <errno.h>
20 #include <netinet/in.h>
21 #include "byte-order.h"
22 #include "dynamic-string.h"
23 #include "flow.h"
24 #include "hash.h"
25 #include "odp-util.h"
26 #include "ofp-util.h"
27 #include "ovs-thread.h"
28 #include "packets.h"
29 #include "vlog.h"
30
31 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
32
33 struct trie_node;
34 struct trie_ctx;
35
36 /* Ports trie depends on both ports sharing the same ovs_be32. */
37 #define TP_PORTS_OFS32 (offsetof(struct flow, tp_src) / 4)
38 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 == offsetof(struct flow, tp_dst) / 4);
39
40 /* Prefix trie for a 'field' */
41 struct cls_trie {
42     const struct mf_field *field; /* Trie field, or NULL. */
43     struct trie_node *root;       /* NULL if none. */
44 };
45
46 struct cls_subtable_entry {
47     struct cls_subtable *subtable;
48     tag_type tag;
49     unsigned int max_priority;
50 };
51
52 struct cls_subtable_cache {
53     struct cls_subtable_entry *subtables;
54     size_t alloc_size;     /* Number of allocated elements. */
55     size_t size;           /* One past last valid array element. */
56 };
57
58 enum {
59     CLS_MAX_INDICES = 3   /* Maximum number of lookup indices per subtable. */
60 };
61
62 struct cls_classifier {
63     int n_rules;                /* Total number of rules. */
64     uint8_t n_flow_segments;
65     uint8_t flow_segments[CLS_MAX_INDICES]; /* Flow segment boundaries to use
66                                              * for staged lookup. */
67     struct hmap subtables;      /* Contains "struct cls_subtable"s.  */
68     struct cls_subtable_cache subtables_priority;
69     struct hmap partitions;     /* Contains "struct cls_partition"s. */
70     struct cls_trie tries[CLS_MAX_TRIES]; /* Prefix tries. */
71     unsigned int n_tries;
72 };
73
74 /* A set of rules that all have the same fields wildcarded. */
75 struct cls_subtable {
76     struct hmap_node hmap_node; /* Within struct cls_classifier 'subtables'
77                                  * hmap. */
78     struct hmap rules;          /* Contains "struct cls_rule"s. */
79     int n_rules;                /* Number of rules, including duplicates. */
80     unsigned int max_priority;  /* Max priority of any rule in the subtable. */
81     unsigned int max_count;     /* Count of max_priority rules. */
82     tag_type tag;               /* Tag generated from mask for partitioning. */
83     uint8_t n_indices;           /* How many indices to use. */
84     uint8_t index_ofs[CLS_MAX_INDICES]; /* u32 flow segment boundaries. */
85     struct hindex indices[CLS_MAX_INDICES]; /* Staged lookup indices. */
86     unsigned int trie_plen[CLS_MAX_TRIES];  /* Trie prefix length in 'mask'. */
87     int ports_mask_len;
88     struct trie_node *ports_trie; /* NULL if none. */
89     struct minimask mask;       /* Wildcards for fields. */
90     /* 'mask' must be the last field. */
91 };
92
93 /* Associates a metadata value (that is, a value of the OpenFlow 1.1+ metadata
94  * field) with tags for the "cls_subtable"s that contain rules that match that
95  * metadata value.  */
96 struct cls_partition {
97     struct hmap_node hmap_node; /* In struct cls_classifier's 'partitions'
98                                  * hmap. */
99     ovs_be64 metadata;          /* metadata value for this partition. */
100     tag_type tags;              /* OR of each flow's cls_subtable tag. */
101     struct tag_tracker tracker; /* Tracks the bits in 'tags'. */
102 };
103
104 /* Internal representation of a rule in a "struct cls_subtable". */
105 struct cls_match {
106     struct cls_rule *cls_rule;
107     struct hindex_node index_nodes[CLS_MAX_INDICES]; /* Within subtable's
108                                                       * 'indices'. */
109     struct hmap_node hmap_node; /* Within struct cls_subtable 'rules'. */
110     unsigned int priority;      /* Larger numbers are higher priorities. */
111     struct cls_partition *partition;
112     struct list list;           /* List of identical, lower-priority rules. */
113     struct miniflow flow;       /* Matching rule. Mask is in the subtable. */
114     /* 'flow' must be the last field. */
115 };
116
117 static struct cls_match *
118 cls_match_alloc(struct cls_rule *rule)
119 {
120     int count = count_1bits(rule->match.flow.map);
121
122     struct cls_match *cls_match
123         = xmalloc(sizeof *cls_match - sizeof cls_match->flow.inline_values
124                   + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
125
126     cls_match->cls_rule = rule;
127     miniflow_clone_inline(&cls_match->flow, &rule->match.flow, count);
128     cls_match->priority = rule->priority;
129     rule->cls_match = cls_match;
130
131     return cls_match;
132 }
133
134 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct cls_classifier *,
135                                           const struct minimask *);
136 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct cls_classifier *,
137                                             const struct minimask *);
138
139 static void destroy_subtable(struct cls_classifier *, struct cls_subtable *);
140
141 static void update_subtables_after_insertion(struct cls_classifier *,
142                                              struct cls_subtable *,
143                                              unsigned int new_priority);
144 static void update_subtables_after_removal(struct cls_classifier *,
145                                            struct cls_subtable *,
146                                            unsigned int del_priority);
147
148 static struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
149                                        const struct flow *, struct trie_ctx *,
150                                        unsigned int n_tries,
151                                        struct flow_wildcards *);
152 static struct cls_match *find_equal(struct cls_subtable *,
153                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
154 static struct cls_match *insert_rule(struct cls_classifier *,
155                                      struct cls_subtable *, struct cls_rule *);
156
157 /* Iterates RULE over HEAD and all of the cls_rules on HEAD->list. */
158 #define FOR_EACH_RULE_IN_LIST(RULE, HEAD)                               \
159     for ((RULE) = (HEAD); (RULE) != NULL; (RULE) = next_rule_in_list(RULE))
160 #define FOR_EACH_RULE_IN_LIST_SAFE(RULE, NEXT, HEAD)                    \
161     for ((RULE) = (HEAD);                                               \
162          (RULE) != NULL && ((NEXT) = next_rule_in_list(RULE), true);    \
163          (RULE) = (NEXT))
164
165 static struct cls_match *next_rule_in_list__(struct cls_match *);
166 static struct cls_match *next_rule_in_list(struct cls_match *);
167
168 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
169                                             const struct mf_field *);
170 static void trie_init(struct cls_classifier *, int trie_idx,
171                       const struct mf_field *);
172 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
173                                 unsigned int *checkbits);
174 static unsigned int trie_lookup_value(const struct trie_node *,
175                                       const ovs_be32 value[],
176                                       unsigned int value_bits,
177                                       unsigned int *checkbits);
178 static void trie_destroy(struct trie_node *);
179 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
180 static void trie_insert_prefix(struct trie_node **, const ovs_be32 *prefix,
181                                int mlen);
182 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
183 static void trie_remove_prefix(struct trie_node **, const ovs_be32 *prefix,
184                                int mlen);
185 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
186                                  unsigned int nbits);
187 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
188                                  uint8_t be32ofs, unsigned int nbits);
189
190 static void
191 cls_subtable_cache_init(struct cls_subtable_cache *array)
192 {
193     memset(array, 0, sizeof *array);
194 }
195
196 static void
197 cls_subtable_cache_destroy(struct cls_subtable_cache *array)
198 {
199     free(array->subtables);
200     memset(array, 0, sizeof *array);
201 }
202
203 /* Array insertion. */
204 static void
205 cls_subtable_cache_push_back(struct cls_subtable_cache *array,
206                              struct cls_subtable_entry a)
207 {
208     if (array->size == array->alloc_size) {
209         array->subtables = x2nrealloc(array->subtables, &array->alloc_size,
210                                       sizeof a);
211     }
212
213     array->subtables[array->size++] = a;
214 }
215
216 /* Move subtable entry at 'from' to 'to', shifting the elements in between
217  * (including the one at 'to') accordingly. */
218 static inline void
219 cls_subtable_cache_move(struct cls_subtable_entry *to,
220                         struct cls_subtable_entry *from)
221 {
222     if (to != from) {
223         struct cls_subtable_entry temp = *from;
224
225         if (to > from) {
226             /* Shift entries (from,to] backwards to make space at 'to'. */
227             memmove(from, from + 1, (to - from) * sizeof *to);
228         } else {
229             /* Shift entries [to,from) forward to make space at 'to'. */
230             memmove(to + 1, to, (from - to) * sizeof *to);
231         }
232
233         *to = temp;
234     }
235 }
236
237 /* Array removal. */
238 static inline void
239 cls_subtable_cache_remove(struct cls_subtable_cache *array,
240                           struct cls_subtable_entry *elem)
241 {
242     ssize_t size = (&array->subtables[array->size]
243                     - (elem + 1)) * sizeof *elem;
244     if (size > 0) {
245         memmove(elem, elem + 1, size);
246     }
247     array->size--;
248 }
249
250 #define CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH(SUBTABLE, ITER, ARRAY)      \
251     for (ITER = (ARRAY)->subtables;                             \
252          ITER < &(ARRAY)->subtables[(ARRAY)->size]              \
253              && OVS_LIKELY(SUBTABLE = ITER->subtable);          \
254          ++ITER)
255 #define CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_CONTINUE(SUBTABLE, ITER, ARRAY) \
256     for (++ITER;                                                    \
257          ITER < &(ARRAY)->subtables[(ARRAY)->size]                  \
258              && OVS_LIKELY(SUBTABLE = ITER->subtable);              \
259          ++ITER)
260 #define CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_REVERSE(SUBTABLE, ITER, ARRAY)  \
261     for (ITER = &(ARRAY)->subtables[(ARRAY)->size];                 \
262          ITER > (ARRAY)->subtables                                  \
263              && OVS_LIKELY(SUBTABLE = (--ITER)->subtable);)
264
265 static void
266 cls_subtable_cache_verify(struct cls_subtable_cache *array)
267 {
268     struct cls_subtable *table;
269     struct cls_subtable_entry *iter;
270     unsigned int priority = 0;
271
272     CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_REVERSE (table, iter, array) {
273         if (iter->max_priority != table->max_priority) {
274             VLOG_WARN("Subtable %p has mismatching priority in cache (%u != %u)",
275                       table, iter->max_priority, table->max_priority);
276         }
277         if (iter->max_priority < priority) {
278             VLOG_WARN("Subtable cache is out of order (%u < %u)",
279                       iter->max_priority, priority);
280         }
281         priority = iter->max_priority;
282     }
283 }
284
285 static void
286 cls_subtable_cache_reset(struct cls_classifier *cls)
287 {
288     struct cls_subtable_cache old = cls->subtables_priority;
289     struct cls_subtable *subtable;
290
291     VLOG_WARN("Resetting subtable cache.");
292
293     cls_subtable_cache_verify(&cls->subtables_priority);
294
295     cls_subtable_cache_init(&cls->subtables_priority);
296
297     HMAP_FOR_EACH (subtable, hmap_node, &cls->subtables) {
298         struct cls_match *head;
299         struct cls_subtable_entry elem;
300         struct cls_subtable *table;
301         struct cls_subtable_entry *iter, *from = NULL;
302         unsigned int new_max = 0;
303         unsigned int max_count = 0;
304         bool found;
305
306         /* Verify max_priority. */
307         HMAP_FOR_EACH (head, hmap_node, &subtable->rules) {
308             if (head->priority > new_max) {
309                 new_max = head->priority;
310                 max_count = 1;
311             } else if (head->priority == new_max) {
312                 max_count++;
313             }
314         }
315         if (new_max != subtable->max_priority ||
316             max_count != subtable->max_count) {
317             VLOG_WARN("subtable %p (%u rules) has mismatching max_priority "
318                       "(%u) or max_count (%u). Highest priority found was %u, "
319                       "count: %u",
320                       subtable, subtable->n_rules, subtable->max_priority,
321                       subtable->max_count, new_max, max_count);
322             subtable->max_priority = new_max;
323             subtable->max_count = max_count;
324         }
325
326         /* Locate the subtable from the old cache. */
327         found = false;
328         CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (table, iter, &old) {
329             if (table == subtable) {
330                 if (iter->max_priority != new_max) {
331                     VLOG_WARN("Subtable %p has wrong max priority (%u != %u) "
332                               "in the old cache.",
333                               subtable, iter->max_priority, new_max);
334                 }
335                 if (found) {
336                     VLOG_WARN("Subtable %p duplicated in the old cache.",
337                               subtable);
338                 }
339                 found = true;
340             }
341         }
342         if (!found) {
343             VLOG_WARN("Subtable %p not found from the old cache.", subtable);
344         }
345
346         elem.subtable = subtable;
347         elem.tag = subtable->tag;
348         elem.max_priority = subtable->max_priority;
349         cls_subtable_cache_push_back(&cls->subtables_priority, elem);
350
351         /* Possibly move 'subtable' earlier in the priority array.  If
352          * we break out of the loop, then the subtable (at 'from')
353          * should be moved to the position right after the current
354          * element.  If the loop terminates normally, then 'iter' will
355          * be at the first array element and we'll move the subtable
356          * to the front of the array. */
357         CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_REVERSE (table, iter,
358                                              &cls->subtables_priority) {
359             if (table == subtable) {
360                 from = iter; /* Locate the subtable as we go. */
361             } else if (table->max_priority >= new_max) {
362                 ovs_assert(from != NULL);
363                 iter++; /* After this. */
364                 break;
365             }
366         }
367
368         /* Move subtable at 'from' to 'iter'. */
369         cls_subtable_cache_move(iter, from);
370     }
371
372     /* Verify that the old and the new have the same size. */
373     if (old.size != cls->subtables_priority.size) {
374         VLOG_WARN("subtables cache sizes differ: old (%"PRIuSIZE
375                   ") != new (%"PRIuSIZE").",
376                   old.size, cls->subtables_priority.size);
377     }
378
379     cls_subtable_cache_destroy(&old);
380
381     cls_subtable_cache_verify(&cls->subtables_priority);
382 }
383
384 \f
385 /* flow/miniflow/minimask/minimatch utilities.
386  * These are only used by the classifier, so place them here to allow
387  * for better optimization. */
388
389 static inline uint64_t
390 miniflow_get_map_in_range(const struct miniflow *miniflow,
391                           uint8_t start, uint8_t end, unsigned int *offset)
392 {
393     uint64_t map = miniflow->map;
394     *offset = 0;
395
396     if (start > 0) {
397         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << start) - 1; /* 'start' LSBs set */
398         *offset = count_1bits(map & msk);
399         map &= ~msk;
400     }
401     if (end < FLOW_U32S) {
402         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << end) - 1; /* 'end' LSBs set */
403         map &= msk;
404     }
405     return map;
406 }
407
408 /* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
409  * 'mask', given 'basis'.
410  *
411  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
412  * miniflow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
413 static inline uint32_t
414 flow_hash_in_minimask(const struct flow *flow, const struct minimask *mask,
415                       uint32_t basis)
416 {
417     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
418     const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
419     const uint32_t *p = mask_values;
420     uint32_t hash;
421     uint64_t map;
422
423     hash = basis;
424     for (map = mask->masks.map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
425         hash = mhash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
426     }
427
428     return mhash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
429 }
430
431 /* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
432  * 'mask', given 'basis'.
433  *
434  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
435  * flow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
436 static inline uint32_t
437 miniflow_hash_in_minimask(const struct miniflow *flow,
438                           const struct minimask *mask, uint32_t basis)
439 {
440     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
441     const uint32_t *p = mask_values;
442     uint32_t hash = basis;
443     uint32_t flow_u32;
444
445     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(flow_u32, flow, mask->masks.map) {
446         hash = mhash_add(hash, flow_u32 & *p++);
447     }
448
449     return mhash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
450 }
451
452 /* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'flow',
453  * where there are 1-bits in 'mask', given 'hash'.
454  *
455  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
456  * minimatch_hash_range(), only the form of the arguments differ. */
457 static inline uint32_t
458 flow_hash_in_minimask_range(const struct flow *flow,
459                             const struct minimask *mask,
460                             uint8_t start, uint8_t end, uint32_t *basis)
461 {
462     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
463     const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
464     unsigned int offset;
465     uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
466                                              &offset);
467     const uint32_t *p = mask_values + offset;
468     uint32_t hash = *basis;
469
470     for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
471         hash = mhash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
472     }
473
474     *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
475     return mhash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
476 }
477
478 /* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask. */
479 static inline void
480 flow_wildcards_fold_minimask(struct flow_wildcards *wc,
481                              const struct minimask *mask)
482 {
483     flow_union_with_miniflow(&wc->masks, &mask->masks);
484 }
485
486 /* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask
487  * in range [start, end). */
488 static inline void
489 flow_wildcards_fold_minimask_range(struct flow_wildcards *wc,
490                                    const struct minimask *mask,
491                                    uint8_t start, uint8_t end)
492 {
493     uint32_t *dst_u32 = (uint32_t *)&wc->masks;
494     unsigned int offset;
495     uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
496                                              &offset);
497     const uint32_t *p = miniflow_get_u32_values(&mask->masks) + offset;
498
499     for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
500         dst_u32[raw_ctz(map)] |= *p++;
501     }
502 }
503
504 /* Returns a hash value for 'flow', given 'basis'. */
505 static inline uint32_t
506 miniflow_hash(const struct miniflow *flow, uint32_t basis)
507 {
508     const uint32_t *values = miniflow_get_u32_values(flow);
509     const uint32_t *p = values;
510     uint32_t hash = basis;
511     uint64_t hash_map = 0;
512     uint64_t map;
513
514     for (map = flow->map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
515         if (*p) {
516             hash = mhash_add(hash, *p);
517             hash_map |= rightmost_1bit(map);
518         }
519         p++;
520     }
521     hash = mhash_add(hash, hash_map);
522     hash = mhash_add(hash, hash_map >> 32);
523
524     return mhash_finish(hash, p - values);
525 }
526
527 /* Returns a hash value for 'mask', given 'basis'. */
528 static inline uint32_t
529 minimask_hash(const struct minimask *mask, uint32_t basis)
530 {
531     return miniflow_hash(&mask->masks, basis);
532 }
533
534 /* Returns a hash value for 'match', given 'basis'. */
535 static inline uint32_t
536 minimatch_hash(const struct minimatch *match, uint32_t basis)
537 {
538     return miniflow_hash(&match->flow, minimask_hash(&match->mask, basis));
539 }
540
541 /* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'minimatch',
542  * given 'basis'.
543  *
544  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
545  * flow_hash_in_minimask_range(), only the form of the arguments differ. */
546 static inline uint32_t
547 minimatch_hash_range(const struct minimatch *match, uint8_t start, uint8_t end,
548                      uint32_t *basis)
549 {
550     unsigned int offset;
551     const uint32_t *p, *q;
552     uint32_t hash = *basis;
553     int n, i;
554
555     n = count_1bits(miniflow_get_map_in_range(&match->mask.masks, start, end,
556                                               &offset));
557     q = miniflow_get_u32_values(&match->mask.masks) + offset;
558     p = miniflow_get_u32_values(&match->flow) + offset;
559
560     for (i = 0; i < n; i++) {
561         hash = mhash_add(hash, p[i] & q[i]);
562     }
563     *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
564     return mhash_finish(hash, (offset + n) * 4);
565 }
566
567 \f
568 /* cls_rule. */
569
570 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
571  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
572  * the definition of struct match.
573  *
574  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
575  *
576  * (OpenFlow uses priorities between 0 and UINT16_MAX, inclusive, but
577  * internally Open vSwitch supports a wider range.) */
578 void
579 cls_rule_init(struct cls_rule *rule,
580               const struct match *match, unsigned int priority)
581 {
582     minimatch_init(&rule->match, match);
583     rule->priority = priority;
584     rule->cls_match = NULL;
585 }
586
587 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
588 void
589 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
590                              const struct minimatch *match,
591                              unsigned int priority)
592 {
593     minimatch_clone(&rule->match, match);
594     rule->priority = priority;
595     rule->cls_match = NULL;
596 }
597
598 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
599  *
600  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
601 void
602 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
603 {
604     minimatch_clone(&dst->match, &src->match);
605     dst->priority = src->priority;
606     dst->cls_match = NULL;
607 }
608
609 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
610  *
611  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
612 void
613 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
614 {
615     minimatch_move(&dst->match, &src->match);
616     dst->priority = src->priority;
617     dst->cls_match = NULL;
618 }
619
620 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
621  * normally embedded into a larger structure).
622  *
623  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
624 void
625 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
626 {
627     ovs_assert(!rule->cls_match);
628     minimatch_destroy(&rule->match);
629 }
630
631 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
632  * false if they differ in some way. */
633 bool
634 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
635 {
636     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
637 }
638
639 /* Returns a hash value for 'rule', folding in 'basis'. */
640 uint32_t
641 cls_rule_hash(const struct cls_rule *rule, uint32_t basis)
642 {
643     return minimatch_hash(&rule->match, hash_int(rule->priority, basis));
644 }
645
646 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
647 void
648 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
649 {
650     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
651 }
652
653 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
654 bool
655 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
656 {
657     return minimask_is_catchall(&rule->match.mask);
658 }
659 \f
660 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
661  * rules. */
662 void
663 classifier_init(struct classifier *cls_, const uint8_t *flow_segments)
664 {
665     struct cls_classifier *cls = xmalloc(sizeof *cls);
666
667     fat_rwlock_init(&cls_->rwlock);
668
669     cls_->cls = cls;
670
671     cls->n_rules = 0;
672     hmap_init(&cls->subtables);
673     cls_subtable_cache_init(&cls->subtables_priority);
674     hmap_init(&cls->partitions);
675     cls->n_flow_segments = 0;
676     if (flow_segments) {
677         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
678                && *flow_segments < FLOW_U32S) {
679             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
680         }
681     }
682     cls->n_tries = 0;
683 }
684
685 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
686  * caller's responsibility. */
687 void
688 classifier_destroy(struct classifier *cls_)
689 {
690     if (cls_) {
691         struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
692         struct cls_subtable *partition, *next_partition;
693         struct cls_subtable *subtable, *next_subtable;
694         int i;
695
696         fat_rwlock_destroy(&cls_->rwlock);
697         if (!cls) {
698             return;
699         }
700
701         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
702             trie_destroy(cls->tries[i].root);
703         }
704
705         HMAP_FOR_EACH_SAFE (subtable, next_subtable, hmap_node,
706                             &cls->subtables) {
707             destroy_subtable(cls, subtable);
708         }
709         hmap_destroy(&cls->subtables);
710
711         HMAP_FOR_EACH_SAFE (partition, next_partition, hmap_node,
712                             &cls->partitions) {
713             hmap_remove(&cls->partitions, &partition->hmap_node);
714             free(partition);
715         }
716         hmap_destroy(&cls->partitions);
717
718         cls_subtable_cache_destroy(&cls->subtables_priority);
719         free(cls);
720     }
721 }
722
723 /* We use uint64_t as a set for the fields below. */
724 BUILD_ASSERT_DECL(MFF_N_IDS <= 64);
725
726 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
727 void
728 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls_,
729                              const enum mf_field_id *trie_fields,
730                              unsigned int n_fields)
731 {
732     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
733     uint64_t fields = 0;
734     int i, trie;
735
736     for (i = 0, trie = 0; i < n_fields && trie < CLS_MAX_TRIES; i++) {
737         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
738         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
739             /* Incompatible field.  This is the only place where we
740              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
741              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
742              * field length to be a multiple of 32 bits. */
743             continue;
744         }
745
746         if (fields & (UINT64_C(1) << trie_fields[i])) {
747             /* Duplicate field, there is no need to build more than
748              * one index for any one field. */
749             continue;
750         }
751         fields |= UINT64_C(1) << trie_fields[i];
752
753         if (trie >= cls->n_tries || field != cls->tries[trie].field) {
754             trie_init(cls, trie, field);
755         }
756         trie++;
757     }
758
759     /* Destroy the rest. */
760     for (i = trie; i < cls->n_tries; i++) {
761         trie_init(cls, i, NULL);
762     }
763     cls->n_tries = trie;
764 }
765
766 static void
767 trie_init(struct cls_classifier *cls, int trie_idx,
768           const struct mf_field *field)
769 {
770     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
771     struct cls_subtable *subtable;
772     struct cls_subtable_entry *iter;
773
774     if (trie_idx < cls->n_tries) {
775         trie_destroy(trie->root);
776     }
777     trie->root = NULL;
778     trie->field = field;
779
780     /* Add existing rules to the trie. */
781     CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (subtable, iter, &cls->subtables_priority) {
782         unsigned int plen;
783
784         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
785         /* Initialize subtable's prefix length on this field. */
786         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
787
788         if (plen) {
789             struct cls_match *head;
790
791             HMAP_FOR_EACH (head, hmap_node, &subtable->rules) {
792                 struct cls_match *match;
793
794                 FOR_EACH_RULE_IN_LIST (match, head) {
795                     trie_insert(trie, match->cls_rule, plen);
796                 }
797             }
798         }
799     }
800 }
801
802 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise. */
803 bool
804 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
805 {
806     return cls->cls->n_rules == 0;
807 }
808
809 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
810 int
811 classifier_count(const struct classifier *cls)
812 {
813     return cls->cls->n_rules;
814 }
815
816 static uint32_t
817 hash_metadata(ovs_be64 metadata_)
818 {
819     uint64_t metadata = (OVS_FORCE uint64_t) metadata_;
820     return hash_uint64(metadata);
821 }
822
823 static struct cls_partition *
824 find_partition(const struct cls_classifier *cls, ovs_be64 metadata,
825                uint32_t hash)
826 {
827     struct cls_partition *partition;
828
829     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (partition, hmap_node, hash, &cls->partitions) {
830         if (partition->metadata == metadata) {
831             return partition;
832         }
833     }
834
835     return NULL;
836 }
837
838 static struct cls_partition *
839 create_partition(struct cls_classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
840                  ovs_be64 metadata)
841 {
842     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
843     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
844     if (!partition) {
845         partition = xmalloc(sizeof *partition);
846         partition->metadata = metadata;
847         partition->tags = 0;
848         tag_tracker_init(&partition->tracker);
849         hmap_insert(&cls->partitions, &partition->hmap_node, hash);
850     }
851     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
852     return partition;
853 }
854
855 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
856 {
857     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
858     return MINIFLOW_GET_BE32(&match->flow, tp_src)
859         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask.masks, tp_src);
860 }
861
862 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
863  * must not modify or free it.
864  *
865  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
866  * fixed fields, and priority), replaces the old rule by 'rule' and returns the
867  * rule that was replaced.  The caller takes ownership of the returned rule and
868  * is thus responsible for destroying it with cls_rule_destroy(), freeing the
869  * memory block in which it resides, etc., as necessary.
870  *
871  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
872  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
873  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
874  * superset of their flows and has higher priority. */
875 struct cls_rule *
876 classifier_replace(struct classifier *cls_, struct cls_rule *rule)
877 {
878     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
879     struct cls_match *old_rule;
880     struct cls_subtable *subtable;
881
882     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
883     if (!subtable) {
884         subtable = insert_subtable(cls, &rule->match.mask);
885     }
886
887     old_rule = insert_rule(cls, subtable, rule);
888     if (!old_rule) {
889         int i;
890
891         rule->cls_match->partition = NULL;
892         if (minimask_get_metadata_mask(&rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
893             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(&rule->match.flow);
894             rule->cls_match->partition = create_partition(cls, subtable,
895                                                           metadata);
896         }
897
898         subtable->n_rules++;
899         cls->n_rules++;
900
901         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
902             if (subtable->trie_plen[i]) {
903                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
904             }
905         }
906
907         /* Ports trie. */
908         if (subtable->ports_mask_len) {
909             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
910              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
911              * and they will always match (== their original value does not
912              * matter). */
913             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
914
915             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
916                                subtable->ports_mask_len);
917         }
918
919         return NULL;
920     } else {
921         struct cls_rule *old_cls_rule = old_rule->cls_rule;
922
923         rule->cls_match->partition = old_rule->partition;
924         old_cls_rule->cls_match = NULL;
925         free(old_rule);
926         return old_cls_rule;
927     }
928 }
929
930 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
931  * must not modify or free it.
932  *
933  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
934  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
935  * such a rule. */
936 void
937 classifier_insert(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
938 {
939     struct cls_rule *displaced_rule = classifier_replace(cls, rule);
940     ovs_assert(!displaced_rule);
941 }
942
943 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
944  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
945  * resides, etc., as necessary. */
946 void
947 classifier_remove(struct classifier *cls_, struct cls_rule *rule)
948 {
949     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
950     struct cls_partition *partition;
951     struct cls_match *cls_match = rule->cls_match;
952     struct cls_match *head;
953     struct cls_subtable *subtable;
954     int i;
955
956     ovs_assert(cls_match);
957
958     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
959     ovs_assert(subtable);
960
961     if (subtable->ports_mask_len) {
962         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
963
964         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
965                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
966     }
967     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
968         if (subtable->trie_plen[i]) {
969             trie_remove(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
970         }
971     }
972
973     /* Remove rule node from indices. */
974     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
975         hindex_remove(&subtable->indices[i], &cls_match->index_nodes[i]);
976     }
977
978     head = find_equal(subtable, &rule->match.flow, cls_match->hmap_node.hash);
979     if (head != cls_match) {
980         list_remove(&cls_match->list);
981     } else if (list_is_empty(&cls_match->list)) {
982         hmap_remove(&subtable->rules, &cls_match->hmap_node);
983     } else {
984         struct cls_match *next = CONTAINER_OF(cls_match->list.next,
985                                               struct cls_match, list);
986
987         list_remove(&cls_match->list);
988         hmap_replace(&subtable->rules, &cls_match->hmap_node,
989                      &next->hmap_node);
990     }
991
992     partition = cls_match->partition;
993     if (partition) {
994         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
995                              subtable->tag);
996         if (!partition->tags) {
997             hmap_remove(&cls->partitions, &partition->hmap_node);
998             free(partition);
999         }
1000     }
1001
1002     if (--subtable->n_rules == 0) {
1003         destroy_subtable(cls, subtable);
1004     } else {
1005         update_subtables_after_removal(cls, subtable, cls_match->priority);
1006     }
1007
1008     cls->n_rules--;
1009
1010     rule->cls_match = NULL;
1011     free(cls_match);
1012 }
1013
1014 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
1015  * subtables which have more than 'match_plen' bits in their corresponding
1016  * field at offset 'be32ofs'.  If skipped, 'maskbits' prefix bits should be
1017  * unwildcarded to quarantee datapath flow matches only packets it should. */
1018 struct trie_ctx {
1019     const struct cls_trie *trie;
1020     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
1021     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
1022     unsigned int match_plen; /* Longest prefix than could possibly match. */
1023     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
1024 };
1025
1026 static void
1027 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
1028 {
1029     ctx->trie = trie;
1030     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
1031     ctx->lookup_done = false;
1032 }
1033
1034 static inline void
1035 lookahead_subtable(const struct cls_subtable_entry *subtables)
1036 {
1037     ovs_prefetch_range(subtables->subtable, sizeof *subtables->subtable);
1038 }
1039
1040 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow'.
1041  * Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.  If multiple rules
1042  * of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
1043  *
1044  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
1045  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
1046  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
1047  * flow_wildcards_init_catchall()). */
1048 struct cls_rule *
1049 classifier_lookup(const struct classifier *cls_, const struct flow *flow,
1050                   struct flow_wildcards *wc)
1051 {
1052     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
1053     const struct cls_partition *partition;
1054     tag_type tags;
1055     struct cls_match *best;
1056     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
1057     int i;
1058     struct cls_subtable_entry *subtables = cls->subtables_priority.subtables;
1059     int n_subtables = cls->subtables_priority.size;
1060     int64_t best_priority = -1;
1061
1062     /* Prefetch the subtables array. */
1063     ovs_prefetch_range(subtables, n_subtables * sizeof *subtables);
1064
1065     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
1066      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
1067      *
1068      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
1069      *       'tags' for 'partition->tags'.
1070      *
1071      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
1072      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
1073      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
1074      *
1075      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
1076      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
1077      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
1078      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
1079      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
1080      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
1081      * need a special case.
1082      */
1083     partition = (hmap_is_empty(&cls->partitions)
1084                  ? NULL
1085                  : find_partition(cls, flow->metadata,
1086                                   hash_metadata(flow->metadata)));
1087     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
1088
1089     /* Initialize trie contexts for match_find_wc(). */
1090     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1091         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
1092     }
1093
1094     /* Prefetch the first subtables. */
1095     if (n_subtables > 1) {
1096       lookahead_subtable(subtables);
1097       lookahead_subtable(subtables + 1);
1098     }
1099
1100     best = NULL;
1101     for (i = 0; OVS_LIKELY(i < n_subtables); i++) {
1102         struct cls_match *rule;
1103
1104         if ((int64_t)subtables[i].max_priority <= best_priority) {
1105             /* Subtables are in descending priority order,
1106              * can not find anything better. */
1107             break;
1108         }
1109
1110         /* Prefetch a forthcoming subtable. */
1111         if (i + 2 < n_subtables) {
1112             lookahead_subtable(&subtables[i + 2]);
1113         }
1114
1115         if (!tag_intersects(tags, subtables[i].tag)) {
1116             continue;
1117         }
1118
1119         rule = find_match_wc(subtables[i].subtable, flow, trie_ctx,
1120                              cls->n_tries, wc);
1121         if (rule && (int64_t)rule->priority > best_priority) {
1122             best_priority = (int64_t)rule->priority;
1123             best = rule;
1124         }
1125     }
1126
1127     return best ? best->cls_rule : NULL;
1128 }
1129
1130 /* Returns true if 'target' satisifies 'match', that is, if each bit for which
1131  * 'match' specifies a particular value has the correct value in 'target'.
1132  *
1133  * 'flow' and 'mask' have the same mask! */
1134 static bool
1135 miniflow_and_mask_matches_miniflow(const struct miniflow *flow,
1136                                    const struct minimask *mask,
1137                                    const struct miniflow *target)
1138 {
1139     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1140     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1141     uint32_t target_u32;
1142
1143     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(target_u32, target, mask->masks.map) {
1144         if ((*flowp++ ^ target_u32) & *maskp++) {
1145             return false;
1146         }
1147     }
1148
1149     return true;
1150 }
1151
1152 static inline struct cls_match *
1153 find_match_miniflow(const struct cls_subtable *subtable,
1154                     const struct miniflow *flow,
1155                     uint32_t hash)
1156 {
1157     struct cls_match *rule;
1158
1159     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, hmap_node, hash, &subtable->rules) {
1160         if (miniflow_and_mask_matches_miniflow(&rule->flow, &subtable->mask,
1161                                                flow)) {
1162             return rule;
1163         }
1164     }
1165
1166     return NULL;
1167 }
1168
1169 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches
1170  * 'miniflow'.  Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.
1171  * If multiple rules of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
1172  *
1173  * This function is optimized for the userspace datapath, which only ever has
1174  * one priority value for it's flows!
1175  */
1176 struct cls_rule *classifier_lookup_miniflow_first(const struct classifier *cls_,
1177                                                   const struct miniflow *flow)
1178 {
1179     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
1180     struct cls_subtable *subtable;
1181     struct cls_subtable_entry *iter;
1182
1183     CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (subtable, iter, &cls->subtables_priority) {
1184         struct cls_match *rule;
1185
1186         rule = find_match_miniflow(subtable, flow,
1187                                    miniflow_hash_in_minimask(flow,
1188                                                              &subtable->mask,
1189                                                              0));
1190         if (rule) {
1191             return rule->cls_rule;
1192         }
1193     }
1194
1195     return NULL;
1196 }
1197
1198 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1199  * matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1200  * contain an exact match. */
1201 struct cls_rule *
1202 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls_,
1203                              const struct cls_rule *target)
1204 {
1205     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
1206     struct cls_match *head, *rule;
1207     struct cls_subtable *subtable;
1208
1209     subtable = find_subtable(cls, &target->match.mask);
1210     if (!subtable) {
1211         return NULL;
1212     }
1213
1214     /* Skip if there is no hope. */
1215     if (target->priority > subtable->max_priority) {
1216         return NULL;
1217     }
1218
1219     head = find_equal(subtable, &target->match.flow,
1220                       miniflow_hash_in_minimask(&target->match.flow,
1221                                                 &target->match.mask, 0));
1222     FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1223         if (target->priority >= rule->priority) {
1224             return target->priority == rule->priority ? rule->cls_rule : NULL;
1225         }
1226     }
1227     return NULL;
1228 }
1229
1230 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1231  * same matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1232  * contain an exact match. */
1233 struct cls_rule *
1234 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1235                               const struct match *target,
1236                               unsigned int priority)
1237 {
1238     struct cls_rule *retval;
1239     struct cls_rule cr;
1240
1241     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1242     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr);
1243     cls_rule_destroy(&cr);
1244
1245     return retval;
1246 }
1247
1248 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls'.  Two rules are
1249  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
1250  * could match both. */
1251 bool
1252 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls_,
1253                          const struct cls_rule *target)
1254 {
1255     struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
1256     struct cls_subtable *subtable;
1257     struct cls_subtable_entry *iter;
1258
1259     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1260     CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (subtable, iter, &cls->subtables_priority) {
1261         uint32_t storage[FLOW_U32S];
1262         struct minimask mask;
1263         struct cls_match *head;
1264
1265         if (target->priority > iter->max_priority) {
1266             break; /* Can skip this and the rest of the subtables. */
1267         }
1268
1269         minimask_combine(&mask, &target->match.mask, &subtable->mask, storage);
1270         HMAP_FOR_EACH (head, hmap_node, &subtable->rules) {
1271             struct cls_match *rule;
1272
1273             FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1274                 if (rule->priority < target->priority) {
1275                     break; /* Rules in descending priority order. */
1276                 }
1277                 if (rule->priority == target->priority
1278                     && miniflow_equal_in_minimask(&target->match.flow,
1279                                                   &rule->flow, &mask)) {
1280                     return true;
1281                 }
1282             }
1283         }
1284     }
1285
1286     return false;
1287 }
1288
1289 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1290  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1291  * function returns true if, for every field:
1292  *
1293  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1294  *     field, or
1295  *
1296  *   - 'criteria' wildcards the field,
1297  *
1298  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1299  * if, for at least one field:
1300  *
1301  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1302  *
1303  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1304  *
1305  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1306  *
1307  *                                     rule
1308  *
1309  *                   c         wildcard    exact
1310  *                   r        +---------+---------+
1311  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1312  *                   t   card |         |         |
1313  *                   e        +---------+---------+
1314  *                   r  exact |    no   |if values|
1315  *                   i        |         |are equal|
1316  *                   a        +---------+---------+
1317  *
1318  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1319  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1320  *
1321  * Ignores rule->priority. */
1322 bool
1323 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1324                         const struct minimatch *criteria)
1325 {
1326     return (!minimask_has_extra(&rule->match.mask, &criteria->mask)
1327             && miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &criteria->flow,
1328                                           &criteria->mask));
1329 }
1330 \f
1331 /* Iteration. */
1332
1333 static bool
1334 rule_matches(const struct cls_match *rule, const struct cls_rule *target)
1335 {
1336     return (!target
1337             || miniflow_equal_in_minimask(&rule->flow,
1338                                           &target->match.flow,
1339                                           &target->match.mask));
1340 }
1341
1342 static struct cls_match *
1343 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1344                 const struct cls_rule *target)
1345 {
1346     if (!target || !minimask_has_extra(&subtable->mask, &target->match.mask)) {
1347         struct cls_match *rule;
1348
1349         HMAP_FOR_EACH (rule, hmap_node, &subtable->rules) {
1350             if (rule_matches(rule, target)) {
1351                 return rule;
1352             }
1353         }
1354     }
1355     return NULL;
1356 }
1357
1358 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls':
1359  *
1360  *     - If 'target' is null, the cursor will visit every rule in 'cls'.
1361  *
1362  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1363  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true.
1364  *
1365  * Ignores target->priority. */
1366 void
1367 cls_cursor_init(struct cls_cursor *cursor, const struct classifier *cls,
1368                 const struct cls_rule *target)
1369 {
1370     cursor->cls = cls->cls;
1371     cursor->target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1372 }
1373
1374 /* Returns the first matching cls_rule in 'cursor''s iteration, or a null
1375  * pointer if there are no matches. */
1376 struct cls_rule *
1377 cls_cursor_first(struct cls_cursor *cursor)
1378 {
1379     struct cls_subtable *subtable;
1380
1381     HMAP_FOR_EACH (subtable, hmap_node, &cursor->cls->subtables) {
1382         struct cls_match *rule = search_subtable(subtable, cursor->target);
1383         if (rule) {
1384             cursor->subtable = subtable;
1385             return rule->cls_rule;
1386         }
1387     }
1388
1389     return NULL;
1390 }
1391
1392 /* Returns the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration, or a null
1393  * pointer if there are no more matches. */
1394 struct cls_rule *
1395 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor, const struct cls_rule *rule_)
1396 {
1397     struct cls_match *rule = CONST_CAST(struct cls_match *, rule_->cls_match);
1398     const struct cls_subtable *subtable;
1399     struct cls_match *next;
1400
1401     next = next_rule_in_list__(rule);
1402     if (next->priority < rule->priority) {
1403         return next->cls_rule;
1404     }
1405
1406     /* 'next' is the head of the list, that is, the rule that is included in
1407      * the subtable's hmap.  (This is important when the classifier contains
1408      * rules that differ only in priority.) */
1409     rule = next;
1410     HMAP_FOR_EACH_CONTINUE (rule, hmap_node, &cursor->subtable->rules) {
1411         if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1412             return rule->cls_rule;
1413         }
1414     }
1415
1416     subtable = cursor->subtable;
1417     HMAP_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, hmap_node, &cursor->cls->subtables) {
1418         rule = search_subtable(subtable, cursor->target);
1419         if (rule) {
1420             cursor->subtable = subtable;
1421             return rule->cls_rule;
1422         }
1423     }
1424
1425     return NULL;
1426 }
1427 \f
1428 static struct cls_subtable *
1429 find_subtable(const struct cls_classifier *cls, const struct minimask *mask)
1430 {
1431     struct cls_subtable *subtable;
1432
1433     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (subtable, hmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1434                              &cls->subtables) {
1435         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1436             return subtable;
1437         }
1438     }
1439     return NULL;
1440 }
1441
1442 static struct cls_subtable *
1443 insert_subtable(struct cls_classifier *cls, const struct minimask *mask)
1444 {
1445     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1446     struct cls_subtable *subtable;
1447     int i, index = 0;
1448     struct flow_wildcards old, new;
1449     uint8_t prev;
1450     struct cls_subtable_entry elem;
1451     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1452
1453     subtable = xzalloc(sizeof *subtable - sizeof mask->masks.inline_values
1454                        + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1455     hmap_init(&subtable->rules);
1456     miniflow_clone_inline(&subtable->mask.masks, &mask->masks, count);
1457
1458     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1459     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1460     old = new;
1461     prev = 0;
1462     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1463         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1464                                            cls->flow_segments[i]);
1465         /* Add an index if it adds mask bits. */
1466         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1467             hindex_init(&subtable->indices[index]);
1468             subtable->index_ofs[index] = cls->flow_segments[i];
1469             index++;
1470             old = new;
1471         }
1472         prev = cls->flow_segments[i];
1473     }
1474     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1475      * and remove the last index if it doesn't. */
1476     if (index > 0) {
1477         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U32S);
1478         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1479             --index;
1480             subtable->index_ofs[index] = 0;
1481             hindex_destroy(&subtable->indices[index]);
1482         }
1483     }
1484     subtable->n_indices = index;
1485
1486     subtable->tag = (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1487                      ? tag_create_deterministic(hash)
1488                      : TAG_ALL);
1489
1490     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1491         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1492                                                          cls->tries[i].field);
1493     }
1494
1495     /* Ports trie. */
1496     subtable->ports_trie = NULL;
1497     subtable->ports_mask_len
1498         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1499
1500     hmap_insert(&cls->subtables, &subtable->hmap_node, hash);
1501     elem.subtable = subtable;
1502     elem.tag = subtable->tag;
1503     elem.max_priority = subtable->max_priority;
1504     cls_subtable_cache_push_back(&cls->subtables_priority, elem);
1505
1506     return subtable;
1507 }
1508
1509 static void
1510 destroy_subtable(struct cls_classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1511 {
1512     int i;
1513     struct cls_subtable *table = NULL;
1514     struct cls_subtable_entry *iter;
1515
1516     CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (table, iter, &cls->subtables_priority) {
1517         if (table == subtable) {
1518             cls_subtable_cache_remove(&cls->subtables_priority, iter);
1519             break;
1520         }
1521     }
1522
1523     trie_destroy(subtable->ports_trie);
1524
1525     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1526         hindex_destroy(&subtable->indices[i]);
1527     }
1528     minimask_destroy(&subtable->mask);
1529     hmap_remove(&cls->subtables, &subtable->hmap_node);
1530     hmap_destroy(&subtable->rules);
1531     free(subtable);
1532 }
1533
1534 /* This function performs the following updates for 'subtable' in 'cls'
1535  * following the addition of a new rule with priority 'new_priority' to
1536  * 'subtable':
1537  *
1538  *    - Update 'subtable->max_priority' and 'subtable->max_count' if necessary.
1539  *
1540  *    - Update 'subtable''s position in 'cls->subtables_priority' if necessary.
1541  *
1542  * This function should only be called after adding a new rule, not after
1543  * replacing a rule by an identical one or modifying a rule in-place. */
1544 static void
1545 update_subtables_after_insertion(struct cls_classifier *cls,
1546                                  struct cls_subtable *subtable,
1547                                  unsigned int new_priority)
1548 {
1549     if (new_priority == subtable->max_priority) {
1550         ++subtable->max_count;
1551     } else if (new_priority > subtable->max_priority) {
1552         struct cls_subtable *table;
1553         struct cls_subtable_entry *iter, *from = NULL;
1554
1555         subtable->max_priority = new_priority;
1556         subtable->max_count = 1;
1557
1558         /* Possibly move 'subtable' earlier in the priority array.  If
1559          * we break out of the loop, then the subtable (at 'from')
1560          * should be moved to the position right after the current
1561          * element.  If the loop terminates normally, then 'iter' will
1562          * be at the first array element and we'll move the subtable
1563          * to the front of the array. */
1564         CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_REVERSE (table, iter,
1565                                              &cls->subtables_priority) {
1566             if (table == subtable) {
1567                 from = iter; /* Locate the subtable as we go. */
1568                 iter->max_priority = new_priority;
1569             } else if (table->max_priority >= new_priority) {
1570                 if (from == NULL) {
1571                     /* Corrupted cache? */
1572                     cls_subtable_cache_reset(cls);
1573                     VLOG_ABORT("update_subtables_after_insertion(): Subtable priority list corrupted.");
1574                     OVS_NOT_REACHED();
1575                 }
1576                 iter++; /* After this. */
1577                 break;
1578             }
1579         }
1580
1581         /* Move subtable at 'from' to 'iter'. */
1582         cls_subtable_cache_move(iter, from);
1583     }
1584 }
1585
1586 /* This function performs the following updates for 'subtable' in 'cls'
1587  * following the deletion of a rule with priority 'del_priority' from
1588  * 'subtable':
1589  *
1590  *    - Update 'subtable->max_priority' and 'subtable->max_count' if necessary.
1591  *
1592  *    - Update 'subtable''s position in 'cls->subtables_priority' if necessary.
1593  *
1594  * This function should only be called after removing a rule, not after
1595  * replacing a rule by an identical one or modifying a rule in-place. */
1596 static void
1597 update_subtables_after_removal(struct cls_classifier *cls,
1598                                struct cls_subtable *subtable,
1599                                unsigned int del_priority)
1600 {
1601     if (del_priority == subtable->max_priority && --subtable->max_count == 0) {
1602         struct cls_match *head;
1603         struct cls_subtable *table;
1604         struct cls_subtable_entry *iter, *from = NULL;
1605
1606         subtable->max_priority = 0;
1607         HMAP_FOR_EACH (head, hmap_node, &subtable->rules) {
1608             if (head->priority > subtable->max_priority) {
1609                 subtable->max_priority = head->priority;
1610                 subtable->max_count = 1;
1611             } else if (head->priority == subtable->max_priority) {
1612                 ++subtable->max_count;
1613             }
1614         }
1615
1616         /* Possibly move 'subtable' later in the priority array.
1617          * After the loop the 'iter' will point right after the position
1618          * at which the subtable should be moved (either at a subtable
1619          * with an equal or lower priority, or just past the array),
1620          * so it is decremented once. */
1621         CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (table, iter, &cls->subtables_priority) {
1622             if (table == subtable) {
1623                 from = iter; /* Locate the subtable as we go. */
1624                 iter->max_priority = subtable->max_priority;
1625             } else if (table->max_priority <= subtable->max_priority) {
1626                 if (from == NULL) {
1627                     /* Corrupted cache? */
1628                     cls_subtable_cache_reset(cls);
1629                     VLOG_ABORT("update_subtables_after_removal(): Subtable priority list corrupted.");
1630                     OVS_NOT_REACHED();
1631                 }
1632                 break;
1633             }
1634         }
1635         /* Now at one past the destination. */
1636         iter--;
1637
1638         /* Move subtable at 'from' to 'iter'. */
1639         cls_subtable_cache_move(iter, from);
1640     }
1641 }
1642
1643 struct range {
1644     uint8_t start;
1645     uint8_t end;
1646 };
1647
1648 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1649  * lookup results. */
1650 static inline bool
1651 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1652             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1653             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1654             struct flow_wildcards *wc)
1655 {
1656     int j;
1657
1658     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1659      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1660      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1661     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1662         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1663         if (field_plen[j]) {
1664             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1665             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1666
1667             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1668             if (be32ofs >= ofs.start && be32ofs < ofs.end) {
1669                 /* On-demand trie lookup. */
1670                 if (!ctx->lookup_done) {
1671                     ctx->match_plen = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1672                                                   &ctx->maskbits);
1673                     ctx->lookup_done = true;
1674                 }
1675                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1676                  * prefix on the field is longer than what is known to match
1677                  * based on the trie lookup. */
1678                 if (field_plen[j] > ctx->match_plen) {
1679                     /* RFC: We want the trie lookup to never result in
1680                      * unwildcarding any bits that would not be unwildcarded
1681                      * otherwise.  Since the trie is shared by the whole
1682                      * classifier, it is possible that the 'maskbits' contain
1683                      * bits that are irrelevant for the partition of the
1684                      * classifier relevant for the current flow. */
1685
1686                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1687                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1688                         return true;
1689                     }
1690                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1691                      * than this stage will. */
1692                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1693                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1694                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1695                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1696                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1697                          * the ethertype, which is currently always
1698                          * unwildcarded.
1699                          */
1700                         return true;
1701                     }
1702                 }
1703             }
1704         }
1705     }
1706     return false;
1707 }
1708
1709 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1710  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1711  * value has the correct value in 'target'.
1712  *
1713  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1714  * target, mask) but it is faster because of the invariant that
1715  * flow->map and mask->masks.map are the same. */
1716 static inline bool
1717 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1718                                const struct minimask *mask,
1719                                const struct flow *target)
1720 {
1721     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1722     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1723     uint32_t target_u32;
1724
1725     FLOW_FOR_EACH_IN_MAP(target_u32, target, mask->masks.map) {
1726         if ((*flowp++ ^ target_u32) & *maskp++) {
1727             return false;
1728         }
1729     }
1730
1731     return true;
1732 }
1733
1734 static inline struct cls_match *
1735 find_match(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1736            uint32_t hash)
1737 {
1738     struct cls_match *rule;
1739
1740     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, hmap_node, hash, &subtable->rules) {
1741         if (miniflow_and_mask_matches_flow(&rule->flow, &subtable->mask,
1742                                            flow)) {
1743             return rule;
1744         }
1745     }
1746
1747     return NULL;
1748 }
1749
1750 static struct cls_match *
1751 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1752               struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1753               struct flow_wildcards *wc)
1754 {
1755     uint32_t basis = 0, hash;
1756     struct cls_match *rule = NULL;
1757     int i;
1758     struct range ofs;
1759
1760     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1761         return find_match(subtable, flow,
1762                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1763     }
1764
1765     ofs.start = 0;
1766     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1767     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1768         struct hindex_node *inode;
1769         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1770
1771         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1772                         wc)) {
1773             goto range_out;
1774         }
1775         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1776                                            ofs.end, &basis);
1777         ofs.start = ofs.end;
1778         inode = hindex_node_with_hash(&subtable->indices[i], hash);
1779         if (!inode) {
1780             /* No match, can stop immediately, but must fold in the mask
1781              * covered so far. */
1782             goto range_out;
1783         }
1784
1785         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1786          * that rule matches.  If it does match, then we're done.  If it does
1787          * not match, then we know that we will never get a match, but we do
1788          * not yet know how many wildcards we need to fold into 'wc' so we
1789          * continue iterating through indices to find that out.  (We won't
1790          * waste time calling miniflow_and_mask_matches_flow() again because
1791          * we've set 'rule' nonnull.)
1792          *
1793          * This check shows a measurable benefit with non-trivial flow tables.
1794          *
1795          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1796          * optimization. */
1797         if (!inode->s && !rule) {
1798             ASSIGN_CONTAINER(rule, inode - i, index_nodes);
1799             if (miniflow_and_mask_matches_flow(&rule->flow, &subtable->mask,
1800                                                flow)) {
1801                 goto out;
1802             }
1803         }
1804     }
1805     ofs.end = FLOW_U32S;
1806     /* Trie check for the final range. */
1807     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1808         goto range_out;
1809     }
1810     if (!rule) {
1811         /* Multiple potential matches exist, look for one. */
1812         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1813                                            ofs.end, &basis);
1814         rule = find_match(subtable, flow, hash);
1815     } else {
1816         /* We already narrowed the matching candidates down to just 'rule',
1817          * but it didn't match. */
1818         rule = NULL;
1819     }
1820     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1821         /* Ports are always part of the final range, if any.
1822          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1823          * which ports bits to unwildcard. */
1824         unsigned int mbits;
1825         ovs_be32 value, mask;
1826
1827         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1828         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1829         trie_lookup_value(subtable->ports_trie, &value, 32, &mbits);
1830
1831         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1832             mask & be32_prefix_mask(mbits);
1833
1834         ofs.start = TP_PORTS_OFS32;
1835         goto range_out;
1836     }
1837  out:
1838     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1839     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1840     return rule;
1841
1842  range_out:
1843     /* Must unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1844     if (ofs.start) {
1845         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, ofs.start);
1846     }
1847     return NULL;
1848 }
1849
1850 static struct cls_match *
1851 find_equal(struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1852            uint32_t hash)
1853 {
1854     struct cls_match *head;
1855
1856     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, hmap_node, hash, &subtable->rules) {
1857         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1858             return head;
1859         }
1860     }
1861     return NULL;
1862 }
1863
1864 static struct cls_match *
1865 insert_rule(struct cls_classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
1866             struct cls_rule *new)
1867 {
1868     struct cls_match *cls_match = cls_match_alloc(new);
1869     struct cls_match *head;
1870     struct cls_match *old = NULL;
1871     int i;
1872     uint32_t basis = 0, hash;
1873     uint8_t prev_be32ofs = 0;
1874
1875     /* Add new node to segment indices. */
1876     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1877         hash = minimatch_hash_range(&new->match, prev_be32ofs,
1878                                     subtable->index_ofs[i], &basis);
1879         hindex_insert(&subtable->indices[i], &cls_match->index_nodes[i], hash);
1880         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
1881     }
1882     hash = minimatch_hash_range(&new->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S, &basis);
1883     head = find_equal(subtable, &new->match.flow, hash);
1884     if (!head) {
1885         hmap_insert(&subtable->rules, &cls_match->hmap_node, hash);
1886         list_init(&cls_match->list);
1887         goto out;
1888     } else {
1889         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
1890          * order of decreasing priority. */
1891         struct cls_match *rule;
1892
1893         cls_match->hmap_node.hash = hash; /* Otherwise done by hmap_insert. */
1894
1895         FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1896             if (cls_match->priority >= rule->priority) {
1897                 if (rule == head) {
1898                     /* 'new' is the new highest-priority flow in the list. */
1899                     hmap_replace(&subtable->rules,
1900                                  &rule->hmap_node, &cls_match->hmap_node);
1901                 }
1902
1903                 if (cls_match->priority == rule->priority) {
1904                     list_replace(&cls_match->list, &rule->list);
1905                     old = rule;
1906                     goto out;
1907                 } else {
1908                     list_insert(&rule->list, &cls_match->list);
1909                     goto out;
1910                 }
1911             }
1912         }
1913
1914         /* Insert 'new' at the end of the list. */
1915         list_push_back(&head->list, &cls_match->list);
1916     }
1917
1918  out:
1919     if (!old) {
1920         update_subtables_after_insertion(cls, subtable, cls_match->priority);
1921     } else {
1922         /* Remove old node from indices. */
1923         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1924             hindex_remove(&subtable->indices[i], &old->index_nodes[i]);
1925         }
1926     }
1927     return old;
1928 }
1929
1930 static struct cls_match *
1931 next_rule_in_list__(struct cls_match *rule)
1932 {
1933     struct cls_match *next = OBJECT_CONTAINING(rule->list.next, next, list);
1934     return next;
1935 }
1936
1937 static struct cls_match *
1938 next_rule_in_list(struct cls_match *rule)
1939 {
1940     struct cls_match *next = next_rule_in_list__(rule);
1941     return next->priority < rule->priority ? next : NULL;
1942 }
1943 \f
1944 /* A longest-prefix match tree. */
1945 struct trie_node {
1946     uint32_t prefix;           /* Prefix bits for this node, MSB first. */
1947     uint8_t  nbits;            /* Never zero, except for the root node. */
1948     unsigned int n_rules;      /* Number of rules that have this prefix. */
1949     struct trie_node *edges[2]; /* Both NULL if leaf. */
1950 };
1951
1952 /* Max bits per node.  Must fit in struct trie_node's 'prefix'.
1953  * Also tested with 16, 8, and 5 to stress the implementation. */
1954 #define TRIE_PREFIX_BITS 32
1955
1956 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1957  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1958  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1959  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1960 static uint32_t
1961 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1962 {
1963     uint32_t prefix;
1964
1965     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1966     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1967
1968     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1969     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1970         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1971     }
1972     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1973     return prefix;
1974 }
1975
1976 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1977  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1978  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1979  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1980  * 'pr'". */
1981 static uint32_t
1982 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1983 {
1984     if (!plen) {
1985         return 0;
1986     }
1987     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1988         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1989     }
1990     /* Return with unwanted bits cleared. */
1991     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1992 }
1993
1994 /* Return the number of equal bits in 'nbits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1995  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1996 static unsigned int
1997 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int nbits, const ovs_be32 value[],
1998                   unsigned int ofs)
1999 {
2000     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, nbits);
2001     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
2002     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - nbits));
2003 }
2004
2005 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
2006  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
2007 static unsigned int
2008 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
2009                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
2010 {
2011     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->nbits, plen - ofs),
2012                              prefix, ofs);
2013 }
2014
2015 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
2016  * be greater than 31. */
2017 static unsigned int
2018 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2019 {
2020     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
2021 }
2022
2023 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
2024  * be between 0 and 31, inclusive. */
2025 static unsigned int
2026 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
2027 {
2028     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
2029 }
2030
2031 /* Create new branch. */
2032 static struct trie_node *
2033 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
2034                    unsigned int n_rules)
2035 {
2036     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
2037
2038     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
2039
2040     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
2041         node->nbits = plen;
2042         node->edges[0] = NULL;
2043         node->edges[1] = NULL;
2044         node->n_rules = n_rules;
2045     } else { /* Need intermediate nodes. */
2046         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
2047                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
2048                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
2049                                                        n_rules);
2050         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
2051         node->nbits = TRIE_PREFIX_BITS;
2052         node->edges[bit] = subnode;
2053         node->edges[!bit] = NULL;
2054         node->n_rules = 0;
2055     }
2056     return node;
2057 }
2058
2059 static void
2060 trie_node_destroy(struct trie_node *node)
2061 {
2062     free(node);
2063 }
2064
2065 static void
2066 trie_destroy(struct trie_node *node)
2067 {
2068     if (node) {
2069         trie_destroy(node->edges[0]);
2070         trie_destroy(node->edges[1]);
2071         free(node);
2072     }
2073 }
2074
2075 static bool
2076 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
2077 {
2078     return !trie->edges[0] && !trie->edges[1]; /* No children. */
2079 }
2080
2081 static void
2082 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2083                      unsigned int nbits)
2084 {
2085     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2086     unsigned int i;
2087
2088     for (i = 0; i < nbits / 32; i++) {
2089         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
2090     }
2091     if (nbits % 32) {
2092         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - nbits % 32));
2093     }
2094 }
2095
2096 static bool
2097 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2098                      unsigned int nbits)
2099 {
2100     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2101     unsigned int i;
2102     ovs_be32 zeroes = 0;
2103
2104     for (i = 0; i < nbits / 32; i++) {
2105         zeroes |= ~mask[i];
2106     }
2107     if (nbits % 32) {
2108         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - nbits % 32));
2109     }
2110
2111     return !zeroes; /* All 'nbits' bits set. */
2112 }
2113
2114 static struct trie_node **
2115 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2116                unsigned int ofs)
2117 {
2118     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
2119 }
2120
2121 static const struct trie_node *
2122 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2123                unsigned int ofs)
2124 {
2125     return node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)];
2126 }
2127
2128 /* Return the prefix mask length necessary to find the longest-prefix match for
2129  * the '*value' in the prefix tree 'node'.
2130  * '*checkbits' is set to the number of bits in the prefix mask necessary to
2131  * determine a mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below
2132  * the one that matched.
2133  */
2134 static unsigned int
2135 trie_lookup_value(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2136                   unsigned int n_bits, unsigned int *checkbits)
2137 {
2138     unsigned int ofs = 0, match_len = 0;
2139     const struct trie_node *prev = NULL;
2140
2141     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, ofs)) {
2142         unsigned int eqbits;
2143         /* Check if this edge can be followed. */
2144         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->nbits, value, ofs);
2145         ofs += eqbits;
2146         if (eqbits < node->nbits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2147             /* Bit at offset 'ofs' differed. */
2148             *checkbits = ofs + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2149             return match_len;
2150         }
2151         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2152         if (node->n_rules > 0) {
2153             match_len = ofs;
2154         }
2155         if (ofs >= n_bits) {
2156             *checkbits = n_bits; /* Full prefix. */
2157             return match_len;
2158         }
2159     }
2160     /* node == NULL.  Full match so far, but we came to a dead end.
2161      * need to exclude the other branch if it exists. */
2162     *checkbits = !prev || trie_is_leaf(prev) ? ofs : ofs + 1;
2163     return match_len;
2164 }
2165
2166 static unsigned int
2167 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2168             unsigned int *checkbits)
2169 {
2170     const struct mf_field *mf = trie->field;
2171
2172     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2173      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2174      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2175     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2176         return trie_lookup_value(trie->root,
2177                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2178                                  mf->n_bits, checkbits);
2179     }
2180     *checkbits = 0; /* Value not used in this case. */
2181     return UINT_MAX;
2182 }
2183
2184 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2185  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2186  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2187 static unsigned int
2188 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2189                         const struct mf_field *mf)
2190 {
2191     unsigned int nbits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2192     uint8_t u32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2193     uint8_t u32_end = u32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2194
2195     for (; u32_ofs < u32_end; ++u32_ofs) {
2196         uint32_t mask;
2197         mask = ntohl((OVS_FORCE ovs_be32)minimask_get(minimask, u32_ofs));
2198
2199         /* Validate mask, count the mask length. */
2200         if (mask_tz) {
2201             if (mask) {
2202                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2203             }
2204         } else {
2205             if (~mask & (~mask + 1)) {
2206                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2207             }
2208             mask_tz = ctz32(mask);
2209             nbits += 32 - mask_tz;
2210         }
2211     }
2212
2213     return nbits;
2214 }
2215
2216 /*
2217  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2218  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2219  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2220  * happened to be zeros.
2221  */
2222 static const ovs_be32 *
2223 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2224 {
2225     return miniflow_get_be32_values(&match->flow) +
2226         count_1bits(match->flow.map & ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs) - 1));
2227 }
2228
2229 /* Insert rule in to the prefix tree.
2230  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2231  * in 'rule'. */
2232 static void
2233 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2234 {
2235     trie_insert_prefix(&trie->root,
2236                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2237 }
2238
2239 static void
2240 trie_insert_prefix(struct trie_node **edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2241 {
2242     struct trie_node *node;
2243     int ofs = 0;
2244
2245     /* Walk the tree. */
2246     for (; (node = *edge) != NULL;
2247          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2248         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2249         ofs += eqbits;
2250         if (eqbits < node->nbits) {
2251             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2252             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2253
2254             /* New parent node. */
2255             *edge = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2256                                        ofs == mlen ? 1 : 0);
2257
2258             /* Adjust old node for its new position in the tree. */
2259             node->prefix <<= eqbits;
2260             node->nbits -= eqbits;
2261             (*edge)->edges[old_branch] = node;
2262
2263             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2264             if (ofs < mlen) {
2265                 (*edge)->edges[!old_branch]
2266                     = trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1);
2267             }
2268             return;
2269         }
2270         /* Full match so far. */
2271
2272         if (ofs == mlen) {
2273             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2274             node->n_rules++;
2275             return;
2276         }
2277     }
2278     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2279     *edge = trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1);
2280 }
2281
2282 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2283  * in 'rule'. */
2284 static void
2285 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2286 {
2287     trie_remove_prefix(&trie->root,
2288                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2289 }
2290
2291 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2292  * in 'rule'. */
2293 static void
2294 trie_remove_prefix(struct trie_node **root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2295 {
2296     struct trie_node *node;
2297     struct trie_node **edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2298     int depth = 0, ofs = 0;
2299
2300     /* Walk the tree. */
2301     for (edges[0] = root;
2302          (node = *edges[depth]) != NULL;
2303          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2304         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2305
2306         if (eqbits < node->nbits) {
2307             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2308              * only rules in the classifier are ever removed. */
2309             break; /* Log a warning. */
2310         }
2311         /* Full match so far. */
2312         ofs += eqbits;
2313
2314         if (ofs == mlen) {
2315             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2316             if (!node->n_rules) {
2317                 break; /* Log a warning. */
2318             }
2319             node->n_rules--;
2320
2321             /* Check if can prune the tree. */
2322             while (!node->n_rules && !(node->edges[0] && node->edges[1])) {
2323                 /* No rules and at most one child node, remove this node. */
2324                 struct trie_node *next;
2325                 next = node->edges[0] ? node->edges[0] : node->edges[1];
2326
2327                 if (next) {
2328                     if (node->nbits + next->nbits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2329                         break;   /* Cannot combine. */
2330                     }
2331                     /* Combine node with next. */
2332                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->nbits;
2333                     next->nbits += node->nbits;
2334                 }
2335                 trie_node_destroy(node);
2336                 /* Update the parent's edge. */
2337                 *edges[depth] = next;
2338                 if (next || !depth) {
2339                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2340                     break;
2341                 }
2342                 node = *edges[--depth];
2343             }
2344             return;
2345         }
2346     }
2347     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2348      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2349     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2350 }