cmap, classifier: Avoid unsafe aliasing in iterators.
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "classifier.h"
19 #include <errno.h>
20 #include <netinet/in.h>
21 #include "byte-order.h"
22 #include "dynamic-string.h"
23 #include "flow.h"
24 #include "hash.h"
25 #include "cmap.h"
26 #include "list.h"
27 #include "odp-util.h"
28 #include "ofp-util.h"
29 #include "packets.h"
30 #include "tag.h"
31 #include "util.h"
32 #include "vlog.h"
33
34 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
35
36 struct trie_ctx;
37
38 /* Ports trie depends on both ports sharing the same ovs_be32. */
39 #define TP_PORTS_OFS32 (offsetof(struct flow, tp_src) / 4)
40 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 == offsetof(struct flow, tp_dst) / 4);
41
42 /* A set of rules that all have the same fields wildcarded. */
43 struct cls_subtable {
44     /* The fields are only used by writers and iterators. */
45     struct cmap_node cmap_node; /* Within struct classifier 'subtables_map'. */
46
47     /* The fields are only used by writers. */
48     int n_rules OVS_GUARDED;                /* Number of rules, including
49                                              * duplicates. */
50     unsigned int max_priority OVS_GUARDED;  /* Max priority of any rule in
51                                              * the subtable. */
52     unsigned int max_count OVS_GUARDED;     /* Count of max_priority rules. */
53
54     /* These fields are accessed by readers who care about wildcarding. */
55     tag_type tag;       /* Tag generated from mask for partitioning (const). */
56     uint8_t n_indices;                   /* How many indices to use (const). */
57     uint8_t index_ofs[CLS_MAX_INDICES];   /* u32 segment boundaries (const). */
58     unsigned int trie_plen[CLS_MAX_TRIES];  /* Trie prefix length in 'mask'
59                                              * (runtime configurable). */
60     int ports_mask_len;                     /* (const) */
61     struct cmap indices[CLS_MAX_INDICES];   /* Staged lookup indices. */
62     rcu_trie_ptr ports_trie;                /* NULL if none. */
63
64     /* These fields are accessed by all readers. */
65     struct cmap rules;                      /* Contains "struct cls_rule"s. */
66     struct minimask mask;                   /* Wildcards for fields (const). */
67     /* 'mask' must be the last field. */
68 };
69
70 /* Associates a metadata value (that is, a value of the OpenFlow 1.1+ metadata
71  * field) with tags for the "cls_subtable"s that contain rules that match that
72  * metadata value.  */
73 struct cls_partition {
74     struct cmap_node cmap_node; /* In struct classifier's 'partitions' map. */
75     ovs_be64 metadata;          /* metadata value for this partition. */
76     tag_type tags;              /* OR of each flow's cls_subtable tag. */
77     struct tag_tracker tracker OVS_GUARDED; /* Tracks the bits in 'tags'. */
78 };
79
80 /* Internal representation of a rule in a "struct cls_subtable". */
81 struct cls_match {
82     /* Accessed only by writers and iterators. */
83     struct list list OVS_GUARDED; /* List of identical, lower-priority rules. */
84
85     /* Accessed only by writers. */
86     struct cls_partition *partition OVS_GUARDED;
87
88     /* Accessed by readers interested in wildcarding. */
89     unsigned int priority;      /* Larger numbers are higher priorities. */
90     struct cmap_node index_nodes[CLS_MAX_INDICES]; /* Within subtable's
91                                                     * 'indices'. */
92     /* Accessed by all readers. */
93     struct cmap_node cmap_node; /* Within struct cls_subtable 'rules'. */
94     struct cls_rule *cls_rule;
95     struct miniflow flow;       /* Matching rule. Mask is in the subtable. */
96     /* 'flow' must be the last field. */
97 };
98
99 static struct cls_match *
100 cls_match_alloc(struct cls_rule *rule)
101 {
102     int count = count_1bits(rule->match.flow.map);
103
104     struct cls_match *cls_match
105         = xmalloc(sizeof *cls_match - sizeof cls_match->flow.inline_values
106                   + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
107
108     cls_match->cls_rule = rule;
109     miniflow_clone_inline(&cls_match->flow, &rule->match.flow, count);
110     cls_match->priority = rule->priority;
111     rule->cls_match = cls_match;
112
113     return cls_match;
114 }
115
116 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *cls,
117                                           const struct minimask *)
118     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
119 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *cls,
120                                             const struct minimask *)
121     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
122 static void destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *)
123     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
124 static struct cls_match *insert_rule(struct classifier *cls,
125                                      struct cls_subtable *, struct cls_rule *)
126     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
127
128 static struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
129                                        const struct flow *, struct trie_ctx *,
130                                        unsigned int n_tries,
131                                        struct flow_wildcards *);
132 static struct cls_match *find_equal(struct cls_subtable *,
133                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
134
135 /* Iterates RULE over HEAD and all of the cls_rules on HEAD->list.
136  * Classifier's mutex must be held while iterating, as the list is
137  * protoceted by it. */
138 #define FOR_EACH_RULE_IN_LIST(RULE, HEAD)                               \
139     for ((RULE) = (HEAD); (RULE) != NULL; (RULE) = next_rule_in_list(RULE))
140 #define FOR_EACH_RULE_IN_LIST_SAFE(RULE, NEXT, HEAD)                    \
141     for ((RULE) = (HEAD);                                               \
142          (RULE) != NULL && ((NEXT) = next_rule_in_list(RULE), true);    \
143          (RULE) = (NEXT))
144
145 static struct cls_match *next_rule_in_list__(struct cls_match *);
146 static struct cls_match *next_rule_in_list(struct cls_match *);
147
148 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
149                                             const struct mf_field *);
150 static void trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
151                       const struct mf_field *)
152     OVS_REQUIRES(cls->mutex);
153 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
154                                 union mf_value *plens);
155 static unsigned int trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *,
156                                       const ovs_be32 value[], ovs_be32 plens[],
157                                       unsigned int value_bits);
158 static void trie_destroy(rcu_trie_ptr *);
159 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
160 static void trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
161                                int mlen);
162 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
163 static void trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
164                                int mlen);
165 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
166                                  unsigned int n_bits);
167 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
168                                  uint8_t be32ofs, unsigned int n_bits);
169 \f
170 /* flow/miniflow/minimask/minimatch utilities.
171  * These are only used by the classifier, so place them here to allow
172  * for better optimization. */
173
174 static inline uint64_t
175 miniflow_get_map_in_range(const struct miniflow *miniflow,
176                           uint8_t start, uint8_t end, unsigned int *offset)
177 {
178     uint64_t map = miniflow->map;
179     *offset = 0;
180
181     if (start > 0) {
182         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << start) - 1; /* 'start' LSBs set */
183         *offset = count_1bits(map & msk);
184         map &= ~msk;
185     }
186     if (end < FLOW_U32S) {
187         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << end) - 1; /* 'end' LSBs set */
188         map &= msk;
189     }
190     return map;
191 }
192
193 /* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
194  * 'mask', given 'basis'.
195  *
196  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
197  * miniflow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
198 static inline uint32_t
199 flow_hash_in_minimask(const struct flow *flow, const struct minimask *mask,
200                       uint32_t basis)
201 {
202     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
203     const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
204     const uint32_t *p = mask_values;
205     uint32_t hash;
206     uint64_t map;
207
208     hash = basis;
209     for (map = mask->masks.map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
210         hash = hash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
211     }
212
213     return hash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
214 }
215
216 /* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
217  * 'mask', given 'basis'.
218  *
219  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
220  * flow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
221 static inline uint32_t
222 miniflow_hash_in_minimask(const struct miniflow *flow,
223                           const struct minimask *mask, uint32_t basis)
224 {
225     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
226     const uint32_t *p = mask_values;
227     uint32_t hash = basis;
228     uint32_t flow_u32;
229
230     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(flow_u32, flow, mask->masks.map) {
231         hash = hash_add(hash, flow_u32 & *p++);
232     }
233
234     return hash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
235 }
236
237 /* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'flow',
238  * where there are 1-bits in 'mask', given 'hash'.
239  *
240  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
241  * minimatch_hash_range(), only the form of the arguments differ. */
242 static inline uint32_t
243 flow_hash_in_minimask_range(const struct flow *flow,
244                             const struct minimask *mask,
245                             uint8_t start, uint8_t end, uint32_t *basis)
246 {
247     const uint32_t *mask_values = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
248     const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
249     unsigned int offset;
250     uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
251                                              &offset);
252     const uint32_t *p = mask_values + offset;
253     uint32_t hash = *basis;
254
255     for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
256         hash = hash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
257     }
258
259     *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
260     return hash_finish(hash, (p - mask_values) * 4);
261 }
262
263 /* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask. */
264 static inline void
265 flow_wildcards_fold_minimask(struct flow_wildcards *wc,
266                              const struct minimask *mask)
267 {
268     flow_union_with_miniflow(&wc->masks, &mask->masks);
269 }
270
271 /* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask
272  * in range [start, end). */
273 static inline void
274 flow_wildcards_fold_minimask_range(struct flow_wildcards *wc,
275                                    const struct minimask *mask,
276                                    uint8_t start, uint8_t end)
277 {
278     uint32_t *dst_u32 = (uint32_t *)&wc->masks;
279     unsigned int offset;
280     uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
281                                              &offset);
282     const uint32_t *p = miniflow_get_u32_values(&mask->masks) + offset;
283
284     for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
285         dst_u32[raw_ctz(map)] |= *p++;
286     }
287 }
288
289 /* Returns a hash value for 'flow', given 'basis'. */
290 static inline uint32_t
291 miniflow_hash(const struct miniflow *flow, uint32_t basis)
292 {
293     const uint32_t *values = miniflow_get_u32_values(flow);
294     const uint32_t *p = values;
295     uint32_t hash = basis;
296     uint64_t hash_map = 0;
297     uint64_t map;
298
299     for (map = flow->map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
300         if (*p) {
301             hash = hash_add(hash, *p);
302             hash_map |= rightmost_1bit(map);
303         }
304         p++;
305     }
306     hash = hash_add(hash, hash_map);
307     hash = hash_add(hash, hash_map >> 32);
308
309     return hash_finish(hash, p - values);
310 }
311
312 /* Returns a hash value for 'mask', given 'basis'. */
313 static inline uint32_t
314 minimask_hash(const struct minimask *mask, uint32_t basis)
315 {
316     return miniflow_hash(&mask->masks, basis);
317 }
318
319 /* Returns a hash value for 'match', given 'basis'. */
320 static inline uint32_t
321 minimatch_hash(const struct minimatch *match, uint32_t basis)
322 {
323     return miniflow_hash(&match->flow, minimask_hash(&match->mask, basis));
324 }
325
326 /* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'minimatch',
327  * given 'basis'.
328  *
329  * The hash values returned by this function are the same as those returned by
330  * flow_hash_in_minimask_range(), only the form of the arguments differ. */
331 static inline uint32_t
332 minimatch_hash_range(const struct minimatch *match, uint8_t start, uint8_t end,
333                      uint32_t *basis)
334 {
335     unsigned int offset;
336     const uint32_t *p, *q;
337     uint32_t hash = *basis;
338     int n, i;
339
340     n = count_1bits(miniflow_get_map_in_range(&match->mask.masks, start, end,
341                                               &offset));
342     q = miniflow_get_u32_values(&match->mask.masks) + offset;
343     p = miniflow_get_u32_values(&match->flow) + offset;
344
345     for (i = 0; i < n; i++) {
346         hash = hash_add(hash, p[i] & q[i]);
347     }
348     *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
349     return hash_finish(hash, (offset + n) * 4);
350 }
351
352 \f
353 /* cls_rule. */
354
355 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
356  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
357  * the definition of struct match.
358  *
359  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
360  *
361  * (OpenFlow uses priorities between 0 and UINT16_MAX, inclusive, but
362  * internally Open vSwitch supports a wider range.) */
363 void
364 cls_rule_init(struct cls_rule *rule,
365               const struct match *match, unsigned int priority)
366 {
367     minimatch_init(&rule->match, match);
368     rule->priority = priority;
369     rule->cls_match = NULL;
370 }
371
372 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
373 void
374 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
375                              const struct minimatch *match,
376                              unsigned int priority)
377 {
378     minimatch_clone(&rule->match, match);
379     rule->priority = priority;
380     rule->cls_match = NULL;
381 }
382
383 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
384  *
385  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
386 void
387 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
388 {
389     minimatch_clone(&dst->match, &src->match);
390     dst->priority = src->priority;
391     dst->cls_match = NULL;
392 }
393
394 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
395  *
396  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
397 void
398 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
399 {
400     minimatch_move(&dst->match, &src->match);
401     dst->priority = src->priority;
402     dst->cls_match = NULL;
403 }
404
405 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
406  * normally embedded into a larger structure).
407  *
408  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
409 void
410 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
411 {
412     ovs_assert(!rule->cls_match);
413     minimatch_destroy(&rule->match);
414 }
415
416 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
417  * false if they differ in some way. */
418 bool
419 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
420 {
421     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
422 }
423
424 /* Returns a hash value for 'rule', folding in 'basis'. */
425 uint32_t
426 cls_rule_hash(const struct cls_rule *rule, uint32_t basis)
427 {
428     return minimatch_hash(&rule->match, hash_int(rule->priority, basis));
429 }
430
431 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
432 void
433 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
434 {
435     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
436 }
437
438 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
439 bool
440 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
441 {
442     return minimask_is_catchall(&rule->match.mask);
443 }
444 \f
445 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
446  * rules. */
447 void
448 classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
449     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
450 {
451     ovs_mutex_init(&cls->mutex);
452     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
453     cls->n_rules = 0;
454     cmap_init(&cls->subtables_map);
455     pvector_init(&cls->subtables);
456     cmap_init(&cls->partitions);
457     cls->n_flow_segments = 0;
458     if (flow_segments) {
459         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
460                && *flow_segments < FLOW_U32S) {
461             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
462         }
463     }
464     cls->n_tries = 0;
465     for (int i = 0; i < CLS_MAX_TRIES; i++) {
466         trie_init(cls, i, NULL);
467     }
468     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
469 }
470
471 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
472  * caller's responsibility.
473  * May only be called after all the readers have been terminated. */
474 void
475 classifier_destroy(struct classifier *cls)
476     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
477 {
478     if (cls) {
479         struct cls_partition *partition;
480         struct cls_subtable *subtable;
481         int i;
482
483         ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
484         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
485             trie_destroy(&cls->tries[i].root);
486         }
487
488         CMAP_FOR_EACH_SAFE (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
489             destroy_subtable(cls, subtable);
490         }
491         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
492
493         CMAP_FOR_EACH_SAFE (partition, cmap_node, &cls->partitions) {
494             ovsrcu_postpone(free, partition);
495         }
496         cmap_destroy(&cls->partitions);
497
498         pvector_destroy(&cls->subtables);
499         ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
500         ovs_mutex_destroy(&cls->mutex);
501     }
502 }
503
504 /* We use uint64_t as a set for the fields below. */
505 BUILD_ASSERT_DECL(MFF_N_IDS <= 64);
506
507 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
508 bool
509 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
510                              const enum mf_field_id *trie_fields,
511                              unsigned int n_fields)
512     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
513 {
514     uint64_t fields = 0;
515     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
516     int i, n_tries = 0;
517     bool changed = false;
518
519     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
520     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
521         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
522         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
523             /* Incompatible field.  This is the only place where we
524              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
525              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
526              * field length to be a multiple of 32 bits. */
527             continue;
528         }
529
530         if (fields & (UINT64_C(1) << trie_fields[i])) {
531             /* Duplicate field, there is no need to build more than
532              * one index for any one field. */
533             continue;
534         }
535         fields |= UINT64_C(1) << trie_fields[i];
536
537         new_fields[n_tries] = NULL;
538         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
539             new_fields[n_tries] = field;
540             changed = true;
541         }
542         n_tries++;
543     }
544
545     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
546         struct cls_subtable *subtable;
547
548         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
549          * for the tries that are changing and wait all the current readers
550          * with the old configuration to be done. */
551         changed = false;
552         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
553             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
554                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
555                     if (subtable->trie_plen[i]) {
556                         subtable->trie_plen[i] = 0;
557                         changed = true;
558                     }
559                 }
560             }
561         }
562         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
563          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
564         if (changed) {
565             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
566              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
567             ovsrcu_synchronize();
568         }
569
570         /* Now set up the tries. */
571         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
572             if (new_fields[i]) {
573                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
574             }
575         }
576         /* Destroy the rest, if any. */
577         for (; i < cls->n_tries; i++) {
578             trie_init(cls, i, NULL);
579         }
580
581         cls->n_tries = n_tries;
582         ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
583         return true;
584     }
585
586     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
587     return false; /* No change. */
588 }
589
590 static void
591 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
592     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
593 {
594     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
595     struct cls_subtable *subtable;
596
597     if (trie_idx < cls->n_tries) {
598         trie_destroy(&trie->root);
599     } else {
600         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
601     }
602     trie->field = field;
603
604     /* Add existing rules to the new trie. */
605     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
606         unsigned int plen;
607
608         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
609         if (plen) {
610             struct cls_match *head;
611
612             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
613                 struct cls_match *match;
614
615                 FOR_EACH_RULE_IN_LIST (match, head) {
616                     trie_insert(trie, match->cls_rule, plen);
617                 }
618             }
619         }
620         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
621          * allow readers to use the trie. */
622         atomic_thread_fence(memory_order_release);
623         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
624     }
625 }
626
627 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
628  * Checking the cmap requires no locking. */
629 bool
630 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
631 {
632     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
633 }
634
635 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
636 int
637 classifier_count(const struct classifier *cls)
638     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
639 {
640     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
641      * return either the old or a new value. */
642     return cls->n_rules;
643 }
644
645 static uint32_t
646 hash_metadata(ovs_be64 metadata_)
647 {
648     uint64_t metadata = (OVS_FORCE uint64_t) metadata_;
649     return hash_uint64(metadata);
650 }
651
652 static struct cls_partition *
653 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
654 {
655     struct cls_partition *partition;
656
657     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
658         if (partition->metadata == metadata) {
659             return partition;
660         }
661     }
662
663     return NULL;
664 }
665
666 static struct cls_partition *
667 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
668                  ovs_be64 metadata)
669     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
670 {
671     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
672     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
673     if (!partition) {
674         partition = xmalloc(sizeof *partition);
675         partition->metadata = metadata;
676         partition->tags = 0;
677         tag_tracker_init(&partition->tracker);
678         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
679     }
680     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
681     return partition;
682 }
683
684 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
685 {
686     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
687     return MINIFLOW_GET_BE32(&match->flow, tp_src)
688         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask.masks, tp_src);
689 }
690
691 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
692  * must not modify or free it.
693  *
694  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
695  * fixed fields, and priority), replaces the old rule by 'rule' and returns the
696  * rule that was replaced.  The caller takes ownership of the returned rule and
697  * is thus responsible for destroying it with cls_rule_destroy(), freeing the
698  * memory block in which it resides, etc., as necessary.
699  *
700  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
701  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
702  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
703  * superset of their flows and has higher priority. */
704 struct cls_rule *
705 classifier_replace(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
706     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
707 {
708     struct cls_match *old_rule;
709     struct cls_subtable *subtable;
710     struct cls_rule *old_cls_rule = NULL;
711
712     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
713     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
714     if (!subtable) {
715         subtable = insert_subtable(cls, &rule->match.mask);
716     }
717
718     old_rule = insert_rule(cls, subtable, rule);
719     if (!old_rule) {
720         old_cls_rule = NULL;
721
722         rule->cls_match->partition = NULL;
723         if (minimask_get_metadata_mask(&rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
724             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(&rule->match.flow);
725             rule->cls_match->partition = create_partition(cls, subtable,
726                                                           metadata);
727         }
728
729         cls->n_rules++;
730
731         for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
732             if (subtable->trie_plen[i]) {
733                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
734             }
735         }
736
737         /* Ports trie. */
738         if (subtable->ports_mask_len) {
739             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
740              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
741              * and they will always match (== their original value does not
742              * matter). */
743             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
744
745             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
746                                subtable->ports_mask_len);
747         }
748     } else {
749         old_cls_rule = old_rule->cls_rule;
750         rule->cls_match->partition = old_rule->partition;
751         old_cls_rule->cls_match = NULL;
752
753         /* 'old_rule' contains a cmap_node, which may not be freed
754          * immediately. */
755         ovsrcu_postpone(free, old_rule);
756     }
757     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
758     return old_cls_rule;
759 }
760
761 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
762  * must not modify or free it.
763  *
764  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
765  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
766  * such a rule. */
767 void
768 classifier_insert(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
769 {
770     struct cls_rule *displaced_rule = classifier_replace(cls, rule);
771     ovs_assert(!displaced_rule);
772 }
773
774 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
775  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
776  * resides, etc., as necessary. */
777 void
778 classifier_remove(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
779     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
780 {
781     struct cls_partition *partition;
782     struct cls_match *cls_match = rule->cls_match;
783     struct cls_match *head;
784     struct cls_subtable *subtable;
785     int i;
786     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
787     uint8_t prev_be32ofs = 0;
788
789     ovs_assert(cls_match);
790
791     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
792     subtable = find_subtable(cls, &rule->match.mask);
793     ovs_assert(subtable);
794
795     if (subtable->ports_mask_len) {
796         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
797
798         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
799                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
800     }
801     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
802         if (subtable->trie_plen[i]) {
803             trie_remove(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
804         }
805     }
806
807     /* Remove rule node from indices. */
808     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
809         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be32ofs,
810                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
811         cmap_remove(&subtable->indices[i], &cls_match->index_nodes[i],
812                     ihash[i]);
813         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
814     }
815     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S, &basis);
816
817     head = find_equal(subtable, &rule->match.flow, hash);
818     if (head != cls_match) {
819         list_remove(&cls_match->list);
820     } else if (list_is_empty(&cls_match->list)) {
821         cmap_remove(&subtable->rules, &cls_match->cmap_node, hash);
822     } else {
823         struct cls_match *next = CONTAINER_OF(cls_match->list.next,
824                                               struct cls_match, list);
825
826         list_remove(&cls_match->list);
827         cmap_replace(&subtable->rules, &cls_match->cmap_node,
828                      &next->cmap_node, hash);
829     }
830
831     partition = cls_match->partition;
832     if (partition) {
833         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
834                              subtable->tag);
835         if (!partition->tags) {
836             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
837                         hash_metadata(partition->metadata));
838             ovsrcu_postpone(free, partition);
839         }
840     }
841
842     if (--subtable->n_rules == 0) {
843         destroy_subtable(cls, subtable);
844     } else if (subtable->max_priority == cls_match->priority
845                && --subtable->max_count == 0) {
846         /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
847         struct cls_match *head;
848         unsigned int max_priority = 0;
849
850         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
851             if (head->priority > max_priority) {
852                 max_priority = head->priority;
853                 subtable->max_count = 1;
854             } else if (head->priority == max_priority) {
855                 ++subtable->max_count;
856             }
857         }
858         subtable->max_priority = max_priority;
859         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
860     }
861
862     cls->n_rules--;
863
864     rule->cls_match = NULL;
865     ovsrcu_postpone(free, cls_match);
866     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
867 }
868
869 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
870  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
871  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
872  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
873  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
874  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
875 struct trie_ctx {
876     const struct cls_trie *trie;
877     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
878     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
879     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
880     union mf_value match_plens; /* Bitmask of prefix lengths with possible
881                                  * matches. */
882 };
883
884 static void
885 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
886 {
887     ctx->trie = trie;
888     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
889     ctx->lookup_done = false;
890 }
891
892 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow'.
893  * Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.  If multiple rules
894  * of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
895  *
896  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
897  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
898  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
899  * flow_wildcards_init_catchall()). */
900 struct cls_rule *
901 classifier_lookup(const struct classifier *cls, const struct flow *flow,
902                   struct flow_wildcards *wc)
903 {
904     const struct cls_partition *partition;
905     tag_type tags;
906     int64_t best_priority = -1;
907     const struct cls_match *best;
908     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
909     struct cls_subtable *subtable;
910
911     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
912      * when table configuration changes, which happens typically only on
913      * startup. */
914     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
915
916     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
917      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
918      *
919      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
920      *       'tags' for 'partition->tags'.
921      *
922      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
923      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
924      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
925      *
926      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
927      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
928      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
929      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
930      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
931      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
932      * need a special case.
933      */
934     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
935                  ? NULL
936                  : find_partition(cls, flow->metadata,
937                                   hash_metadata(flow->metadata)));
938     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
939
940     /* Initialize trie contexts for match_find_wc(). */
941     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
942         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
943     }
944
945     best = NULL;
946     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY(subtable, best_priority, 2,
947                               sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
948         struct cls_match *rule;
949
950         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
951             continue;
952         }
953
954         rule = find_match_wc(subtable, flow, trie_ctx, cls->n_tries, wc);
955         if (rule && (int64_t)rule->priority > best_priority) {
956             best_priority = (int64_t)rule->priority;
957             best = rule;
958         }
959     }
960
961     return best ? best->cls_rule : NULL;
962 }
963
964 /* Returns true if 'target' satisifies 'match', that is, if each bit for which
965  * 'match' specifies a particular value has the correct value in 'target'.
966  *
967  * 'flow' and 'mask' have the same mask! */
968 static bool
969 miniflow_and_mask_matches_miniflow(const struct miniflow *flow,
970                                    const struct minimask *mask,
971                                    const struct miniflow *target)
972 {
973     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
974     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
975     uint32_t target_u32;
976
977     MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(target_u32, target, mask->masks.map) {
978         if ((*flowp++ ^ target_u32) & *maskp++) {
979             return false;
980         }
981     }
982
983     return true;
984 }
985
986 static inline struct cls_match *
987 find_match_miniflow(const struct cls_subtable *subtable,
988                     const struct miniflow *flow,
989                     uint32_t hash)
990 {
991     struct cls_match *rule;
992
993     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
994         if (miniflow_and_mask_matches_miniflow(&rule->flow, &subtable->mask,
995                                                flow)) {
996             return rule;
997         }
998     }
999
1000     return NULL;
1001 }
1002
1003 /* For each miniflow in 'flows' performs a classifier lookup writing the result
1004  * into the corresponding slot in 'rules'.  If a particular entry in 'flows' is
1005  * NULL it is skipped.
1006  *
1007  * This function is optimized for use in the userspace datapath and therefore
1008  * does not implement a lot of features available in the standard
1009  * classifier_lookup() function.  Specifically, it does not implement
1010  * priorities, instead returning any rule which matches the flow. */
1011 void
1012 classifier_lookup_miniflow_batch(const struct classifier *cls,
1013                                  const struct miniflow **flows,
1014                                  struct cls_rule **rules, size_t len)
1015 {
1016     struct cls_subtable *subtable;
1017     size_t i, begin = 0;
1018
1019     memset(rules, 0, len * sizeof *rules);
1020     PVECTOR_FOR_EACH (subtable, &cls->subtables) {
1021         for (i = begin; i < len; i++) {
1022             struct cls_match *match;
1023             uint32_t hash;
1024
1025             if (OVS_UNLIKELY(rules[i] || !flows[i])) {
1026                 continue;
1027             }
1028
1029             hash = miniflow_hash_in_minimask(flows[i], &subtable->mask, 0);
1030             match = find_match_miniflow(subtable, flows[i], hash);
1031             if (OVS_UNLIKELY(match)) {
1032                 rules[i] = match->cls_rule;
1033             }
1034         }
1035
1036         while (begin < len && (rules[begin] || !flows[begin])) {
1037             begin++;
1038         }
1039         if (begin >= len) {
1040             break;
1041         }
1042     }
1043 }
1044
1045 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1046  * matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1047  * contain an exact match. */
1048 struct cls_rule *
1049 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1050                              const struct cls_rule *target)
1051     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1052 {
1053     struct cls_match *head, *rule;
1054     struct cls_subtable *subtable;
1055
1056     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1057     subtable = find_subtable(cls, &target->match.mask);
1058     if (!subtable) {
1059         goto out;
1060     }
1061
1062     /* Skip if there is no hope. */
1063     if (target->priority > subtable->max_priority) {
1064         goto out;
1065     }
1066
1067     head = find_equal(subtable, &target->match.flow,
1068                       miniflow_hash_in_minimask(&target->match.flow,
1069                                                 &target->match.mask, 0));
1070     FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1071         if (target->priority >= rule->priority) {
1072             ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1073             return target->priority == rule->priority ? rule->cls_rule : NULL;
1074         }
1075     }
1076 out:
1077     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1078     return NULL;
1079 }
1080
1081 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1082  * same matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1083  * contain an exact match. */
1084 struct cls_rule *
1085 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1086                               const struct match *target,
1087                               unsigned int priority)
1088 {
1089     struct cls_rule *retval;
1090     struct cls_rule cr;
1091
1092     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1093     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr);
1094     cls_rule_destroy(&cr);
1095
1096     return retval;
1097 }
1098
1099 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls'.  Two rules are
1100  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
1101  * could match both. */
1102 bool
1103 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1104                          const struct cls_rule *target)
1105     OVS_EXCLUDED(cls->mutex)
1106 {
1107     struct cls_subtable *subtable;
1108     int64_t stop_at_priority = (int64_t)target->priority - 1;
1109
1110     ovs_mutex_lock(&cls->mutex);
1111     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1112     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, stop_at_priority, 2,
1113                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1114         uint32_t storage[FLOW_U32S];
1115         struct minimask mask;
1116         struct cls_match *head;
1117
1118         minimask_combine(&mask, &target->match.mask, &subtable->mask, storage);
1119         CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
1120             struct cls_match *rule;
1121
1122             FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1123                 if (rule->priority < target->priority) {
1124                     break; /* Rules in descending priority order. */
1125                 }
1126                 if (rule->priority == target->priority
1127                     && miniflow_equal_in_minimask(&target->match.flow,
1128                                                   &rule->flow, &mask)) {
1129                     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1130                     return true;
1131                 }
1132             }
1133         }
1134     }
1135
1136     ovs_mutex_unlock(&cls->mutex);
1137     return false;
1138 }
1139
1140 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1141  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1142  * function returns true if, for every field:
1143  *
1144  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1145  *     field, or
1146  *
1147  *   - 'criteria' wildcards the field,
1148  *
1149  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1150  * if, for at least one field:
1151  *
1152  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1153  *
1154  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1155  *
1156  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1157  *
1158  *                                     rule
1159  *
1160  *                   c         wildcard    exact
1161  *                   r        +---------+---------+
1162  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1163  *                   t   card |         |         |
1164  *                   e        +---------+---------+
1165  *                   r  exact |    no   |if values|
1166  *                   i        |         |are equal|
1167  *                   a        +---------+---------+
1168  *
1169  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1170  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1171  *
1172  * Ignores rule->priority. */
1173 bool
1174 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1175                         const struct minimatch *criteria)
1176 {
1177     return (!minimask_has_extra(&rule->match.mask, &criteria->mask)
1178             && miniflow_equal_in_minimask(&rule->match.flow, &criteria->flow,
1179                                           &criteria->mask));
1180 }
1181 \f
1182 /* Iteration. */
1183
1184 static bool
1185 rule_matches(const struct cls_match *rule, const struct cls_rule *target)
1186 {
1187     return (!target
1188             || miniflow_equal_in_minimask(&rule->flow,
1189                                           &target->match.flow,
1190                                           &target->match.mask));
1191 }
1192
1193 static struct cls_match *
1194 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1195                 struct cls_cursor *cursor)
1196 {
1197     if (!cursor->target
1198         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, &cursor->target->match.mask)) {
1199         struct cls_match *rule;
1200
1201         CMAP_CURSOR_FOR_EACH (rule, cmap_node, &cursor->rules,
1202                               &subtable->rules) {
1203             if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1204                 return rule;
1205             }
1206         }
1207     }
1208     return NULL;
1209 }
1210
1211 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1212  * first matching cls_rule via '*pnode', or NULL if there are no matches.
1213  *
1214  *     - If 'target' is null, the cursor will visit every rule in 'cls'.
1215  *
1216  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1217  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true.
1218  *
1219  * Ignores target->priority. */
1220 struct cls_cursor cls_cursor_start(const struct classifier *cls,
1221                                    const struct cls_rule *target,
1222                                    bool safe)
1223     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1224 {
1225     struct cls_cursor cursor;
1226     struct cls_subtable *subtable;
1227
1228     cursor.safe = safe;
1229     cursor.cls = cls;
1230     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1231     cursor.rule = NULL;
1232
1233     /* Find first rule. */
1234     ovs_mutex_lock(&cursor.cls->mutex);
1235     CMAP_CURSOR_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cursor.subtables,
1236                           &cursor.cls->subtables_map) {
1237         struct cls_match *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1238
1239         if (rule) {
1240             cursor.subtable = subtable;
1241             cursor.rule = rule->cls_rule;
1242             break;
1243         }
1244     }
1245
1246     /* Leave locked if requested and have a rule. */
1247     if (safe || !cursor.rule) {
1248         ovs_mutex_unlock(&cursor.cls->mutex);
1249     }
1250     return cursor;
1251 }
1252
1253 static void
1254 cls_cursor_next_unlock(struct cls_cursor *cursor, struct cls_rule *rule)
1255     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1256 {
1257     /* Release the mutex if no rule, or 'safe' mode. */
1258     cursor->rule = rule;
1259     if (!rule || cursor->safe) {
1260         ovs_mutex_unlock(&cursor->cls->mutex);
1261     }
1262 }
1263
1264 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1265  * or to null if all matching rules have been visited. */
1266 void
1267 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1268     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1269 {
1270     struct cls_match *rule = cursor->rule->cls_match;
1271     const struct cls_subtable *subtable;
1272     struct cls_match *next;
1273
1274     /* Lock if not locked already. */
1275     if (cursor->safe) {
1276         ovs_mutex_lock(&cursor->cls->mutex);
1277     }
1278
1279     next = next_rule_in_list__(rule);
1280     if (next->priority < rule->priority) {
1281         cls_cursor_next_unlock(cursor, next->cls_rule);
1282         return;
1283     }
1284
1285     /* 'next' is the head of the list, that is, the rule that is included in
1286      * the subtable's map.  (This is important when the classifier contains
1287      * rules that differ only in priority.) */
1288     rule = next;
1289     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (rule, cmap_node, &cursor->rules) {
1290         if (rule_matches(rule, cursor->target)) {
1291             cls_cursor_next_unlock(cursor, rule->cls_rule);
1292             return;
1293         }
1294     }
1295
1296     subtable = cursor->subtable;
1297     CMAP_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, cmap_node, &cursor->subtables) {
1298         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1299         if (rule) {
1300             cursor->subtable = subtable;
1301             cls_cursor_next_unlock(cursor, rule->cls_rule);
1302             return;
1303         }
1304     }
1305
1306     ovs_mutex_unlock(&cursor->cls->mutex);
1307     cursor->rule = NULL;
1308 }
1309 \f
1310 static struct cls_subtable *
1311 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1312     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1313 {
1314     struct cls_subtable *subtable;
1315
1316     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1317                              &cls->subtables_map) {
1318         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1319             return subtable;
1320         }
1321     }
1322     return NULL;
1323 }
1324
1325 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1326 static struct cls_subtable *
1327 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1328     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1329 {
1330     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1331     struct cls_subtable *subtable;
1332     int i, index = 0;
1333     struct flow_wildcards old, new;
1334     uint8_t prev;
1335     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1336
1337     subtable = xzalloc(sizeof *subtable - sizeof mask->masks.inline_values
1338                        + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1339     cmap_init(&subtable->rules);
1340     miniflow_clone_inline(&subtable->mask.masks, &mask->masks, count);
1341
1342     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1343     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1344     old = new;
1345     prev = 0;
1346     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1347         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1348                                            cls->flow_segments[i]);
1349         /* Add an index if it adds mask bits. */
1350         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1351             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1352             subtable->index_ofs[index] = cls->flow_segments[i];
1353             index++;
1354             old = new;
1355         }
1356         prev = cls->flow_segments[i];
1357     }
1358     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1359      * and remove the last index if it doesn't. */
1360     if (index > 0) {
1361         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U32S);
1362         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1363             --index;
1364             subtable->index_ofs[index] = 0;
1365             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1366         }
1367     }
1368     subtable->n_indices = index;
1369
1370     subtable->tag = (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1371                      ? tag_create_deterministic(hash)
1372                      : TAG_ALL);
1373
1374     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1375         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1376                                                          cls->tries[i].field);
1377     }
1378
1379     /* Ports trie. */
1380     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1381     subtable->ports_mask_len
1382         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1383
1384     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1385
1386     return subtable;
1387 }
1388
1389 static void
1390 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1391     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1392 {
1393     int i;
1394
1395     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1396     trie_destroy(&subtable->ports_trie);
1397
1398     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1399         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1400     }
1401     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1402                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1403     minimask_destroy(&subtable->mask);
1404     cmap_destroy(&subtable->rules);
1405     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1406 }
1407
1408 struct range {
1409     uint8_t start;
1410     uint8_t end;
1411 };
1412
1413 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1414
1415 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1416  * lookup results. */
1417 static inline bool
1418 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1419             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1420             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1421             struct flow_wildcards *wc)
1422 {
1423     int j;
1424
1425     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1426      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1427      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1428     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1429         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1430         if (field_plen[j]) {
1431             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1432             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1433
1434             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1435             if (be32ofs >= ofs.start && be32ofs < ofs.end) {
1436                 /* On-demand trie lookup. */
1437                 if (!ctx->lookup_done) {
1438                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1439                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1440                                                 &ctx->match_plens);
1441                     ctx->lookup_done = true;
1442                 }
1443                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1444                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1445                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1446                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1447                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1448                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1449                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1450                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1451                      * packet.  Hence the checks below. */
1452
1453                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1454                      * than this subtable would otherwise. */
1455                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1456                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1457                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1458                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1459                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1460                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1461                         return true;
1462                     }
1463                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1464                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1465                         return true;
1466                     }
1467                 }
1468             }
1469         }
1470     }
1471     return false;
1472 }
1473
1474 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1475  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1476  * value has the correct value in 'target'.
1477  *
1478  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1479  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1480  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1481  * takes the 'wc'. */
1482 static inline bool
1483 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1484                                const struct minimask *mask,
1485                                const struct flow *target)
1486 {
1487     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1488     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1489     uint32_t idx;
1490
1491     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1492         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & *maskp++;
1493
1494         if (diff) {
1495             return false;
1496         }
1497     }
1498
1499     return true;
1500 }
1501
1502 static inline struct cls_match *
1503 find_match(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1504            uint32_t hash)
1505 {
1506     struct cls_match *rule;
1507
1508     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1509         if (miniflow_and_mask_matches_flow(&rule->flow, &subtable->mask,
1510                                            flow)) {
1511             return rule;
1512         }
1513     }
1514
1515     return NULL;
1516 }
1517
1518 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1519  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1520  * value has the correct value in 'target'.
1521  *
1522  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1523  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1524 static inline bool
1525 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1526                                   const struct minimask *mask,
1527                                   const struct flow *target,
1528                                   struct flow_wildcards *wc)
1529 {
1530     const uint32_t *flowp = miniflow_get_u32_values(flow);
1531     const uint32_t *maskp = miniflow_get_u32_values(&mask->masks);
1532     uint32_t idx;
1533
1534     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1535         uint32_t mask = *maskp++;
1536         uint32_t diff = (*flowp++ ^ flow_u32_value(target, idx)) & mask;
1537
1538         if (diff) {
1539             /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1540              * exact-matched. */
1541             if (!(flow_u32_value(&wc->masks, idx) & diff)) {
1542                 /* Keep one bit of the difference. */
1543                 *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= rightmost_1bit(diff);
1544             }
1545             return false;
1546         }
1547         /* Fill in the bits that were looked at. */
1548         *flow_u32_lvalue(&wc->masks, idx) |= mask;
1549     }
1550
1551     return true;
1552 }
1553
1554 /* Unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1555 static void
1556 fill_range_wc(const struct cls_subtable *subtable, struct flow_wildcards *wc,
1557               uint8_t to)
1558 {
1559     if (to) {
1560         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, to);
1561     }
1562 }
1563
1564 static struct cls_match *
1565 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
1566               struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1567               struct flow_wildcards *wc)
1568 {
1569     uint32_t basis = 0, hash;
1570     struct cls_match *rule;
1571     int i;
1572     struct range ofs;
1573
1574     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1575         return find_match(subtable, flow,
1576                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1577     }
1578
1579     ofs.start = 0;
1580     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1581     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1582         struct cmap_node *inode;
1583
1584         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1585
1586         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1587                         wc)) {
1588             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1589              * bits used so far. */
1590             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1591             return NULL;
1592         }
1593         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1594                                            ofs.end, &basis);
1595         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1596         if (!inode) {
1597             /* No match, can stop immediately, but must fold in the bits
1598              * used in lookup so far. */
1599             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.end);
1600             return NULL;
1601         }
1602
1603         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1604          * that rule matches.  Either way, we're done.
1605          *
1606          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1607          * optimization. */
1608         if (!cmap_node_next(inode)) {
1609             ASSIGN_CONTAINER(rule, inode - i, index_nodes);
1610             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&rule->flow, &subtable->mask,
1611                                                   flow, wc)) {
1612                 return rule;
1613             }
1614             return NULL;
1615         }
1616         ofs.start = ofs.end;
1617     }
1618     ofs.end = FLOW_U32S;
1619     /* Trie check for the final range. */
1620     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1621         fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1622         return NULL;
1623     }
1624     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1625                                        ofs.end, &basis);
1626     rule = find_match(subtable, flow, hash);
1627     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1628         /* Ports are always part of the final range, if any.
1629          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1630          * which ports bits to unwildcard. */
1631         unsigned int mbits;
1632         ovs_be32 value, plens, mask;
1633
1634         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1635         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1636         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1637
1638         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1639             mask & htonl(~0 << (32 - mbits));
1640
1641         /* Unwildcard all bits in the mask upto the ports, as they were used
1642          * to determine there is no match. */
1643         fill_range_wc(subtable, wc, TP_PORTS_OFS32);
1644         return NULL;
1645     }
1646
1647     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1648     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1649     return rule;
1650 }
1651
1652 static struct cls_match *
1653 find_equal(struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1654            uint32_t hash)
1655 {
1656     struct cls_match *head;
1657
1658     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1659         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1660             return head;
1661         }
1662     }
1663     return NULL;
1664 }
1665
1666 /*
1667  * As the readers are operating concurrently with the modifications, a
1668  * concurrent reader may or may not see the new rule, depending on how
1669  * the concurrent events overlap with each other.  This is no
1670  * different from the former locked behavior, but there the visibility
1671  * of the new rule only depended on the timing of the locking
1672  * functions.
1673  *
1674  * The new rule is first added to the segment indices, so the readers
1675  * may find the rule in the indices before the rule is visible in the
1676  * subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
1677  * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
1678  * wildcarding.  This will be fixed by forthcoming revalidation always
1679  * scheduled after flow table changes.
1680  *
1681  * Similar behavior may happen due to us removing the overlapping rule
1682  * (if any) from the indices only after the new rule has been added.
1683  *
1684  * The subtable's max priority is updated only after the rule is
1685  * inserted, so the concurrent readers may not see the rule, as the
1686  * updated priority ordered subtable list will only be visible after
1687  * the subtable's max priority is updated.
1688  *
1689  * Similarly, the classifier's partitions for new rules are updated by
1690  * the caller after this function, so the readers may keep skipping
1691  * the subtable until they see the updated partitions.
1692  */
1693 static struct cls_match *
1694 insert_rule(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
1695             struct cls_rule *new_rule)
1696     OVS_REQUIRES(cls->mutex)
1697 {
1698     struct cls_match *old = NULL;
1699     struct cls_match *new = cls_match_alloc(new_rule);
1700     struct cls_match *head;
1701     int i;
1702     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
1703     uint8_t prev_be32ofs = 0;
1704
1705     /* Add new node to segment indices. */
1706     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1707         ihash[i] = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs,
1708                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
1709         cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
1710         prev_be32ofs = subtable->index_ofs[i];
1711     }
1712     hash = minimatch_hash_range(&new_rule->match, prev_be32ofs, FLOW_U32S,
1713                                 &basis);
1714     head = find_equal(subtable, &new_rule->match.flow, hash);
1715     if (!head) {
1716         cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
1717         list_init(&new->list);
1718         goto out;
1719     } else {
1720         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
1721          * order of decreasing priority. */
1722         struct cls_match *rule;
1723
1724         FOR_EACH_RULE_IN_LIST (rule, head) {
1725             if (new->priority >= rule->priority) {
1726                 if (rule == head) {
1727                     /* 'new' is the new highest-priority flow in the list. */
1728                     cmap_replace(&subtable->rules, &rule->cmap_node,
1729                                  &new->cmap_node, hash);
1730                 }
1731
1732                 if (new->priority == rule->priority) {
1733                     list_replace(&new->list, &rule->list);
1734                     old = rule;
1735                 } else {
1736                     list_insert(&rule->list, &new->list);
1737                 }
1738                 goto out;
1739             }
1740         }
1741
1742         /* Insert 'new' at the end of the list. */
1743         list_push_back(&head->list, &new->list);
1744     }
1745
1746  out:
1747     if (!old) {
1748         subtable->n_rules++;
1749
1750         /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority'
1751          * and 'max_count', if necessary. */
1752         if (subtable->n_rules == 1) {
1753             subtable->max_priority = new->priority;
1754             subtable->max_count = 1;
1755             pvector_insert(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1756         } else if (subtable->max_priority == new->priority) {
1757             ++subtable->max_count;
1758         } else if (new->priority > subtable->max_priority) {
1759             subtable->max_priority = new->priority;
1760             subtable->max_count = 1;
1761             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, new->priority);
1762         }
1763     } else {
1764         /* Remove old node from indices. */
1765         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1766             cmap_remove(&subtable->indices[i], &old->index_nodes[i], ihash[i]);
1767         }
1768     }
1769     return old;
1770 }
1771
1772 static struct cls_match *
1773 next_rule_in_list__(struct cls_match *rule)
1774     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
1775 {
1776     struct cls_match *next = OBJECT_CONTAINING(rule->list.next, next, list);
1777     return next;
1778 }
1779
1780 static struct cls_match *
1781 next_rule_in_list(struct cls_match *rule)
1782 {
1783     struct cls_match *next = next_rule_in_list__(rule);
1784     return next->priority < rule->priority ? next : NULL;
1785 }
1786 \f
1787 /* A longest-prefix match tree. */
1788 struct trie_node {
1789     uint32_t prefix;           /* Prefix bits for this node, MSB first. */
1790     uint8_t  n_bits;           /* Never zero, except for the root node. */
1791     unsigned int n_rules;      /* Number of rules that have this prefix. */
1792     rcu_trie_ptr edges[2];     /* Both NULL if leaf. */
1793 };
1794
1795 /* Max bits per node.  Must fit in struct trie_node's 'prefix'.
1796  * Also tested with 16, 8, and 5 to stress the implementation. */
1797 #define TRIE_PREFIX_BITS 32
1798
1799 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1800  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1801  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1802  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1803 static uint32_t
1804 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1805 {
1806     uint32_t prefix;
1807
1808     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1809     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1810
1811     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1812     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1813         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1814     }
1815     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1816     return prefix;
1817 }
1818
1819 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1820  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1821  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1822  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1823  * 'pr'". */
1824 static uint32_t
1825 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1826 {
1827     if (!plen) {
1828         return 0;
1829     }
1830     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1831         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1832     }
1833     /* Return with unwanted bits cleared. */
1834     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1835 }
1836
1837 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1838  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1839 static unsigned int
1840 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1841                   unsigned int ofs)
1842 {
1843     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1844     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1845     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1846 }
1847
1848 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1849  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1850 static unsigned int
1851 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1852                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1853 {
1854     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1855                              prefix, ofs);
1856 }
1857
1858 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1859  * be greater than 31. */
1860 static unsigned int
1861 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1862 {
1863     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1864 }
1865
1866 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
1867  * be between 0 and 31, inclusive. */
1868 static unsigned int
1869 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
1870 {
1871     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
1872 }
1873
1874 /* Create new branch. */
1875 static struct trie_node *
1876 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
1877                    unsigned int n_rules)
1878 {
1879     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
1880
1881     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
1882
1883     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
1884         node->n_bits = plen;
1885         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
1886         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
1887         node->n_rules = n_rules;
1888     } else { /* Need intermediate nodes. */
1889         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
1890                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
1891                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
1892                                                        n_rules);
1893         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
1894         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
1895         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
1896         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
1897         node->n_rules = 0;
1898     }
1899     return node;
1900 }
1901
1902 static void
1903 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
1904 {
1905     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
1906 }
1907
1908 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
1909 static struct trie_node *
1910 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
1911 {
1912     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
1913
1914     *new_node = *node;
1915     trie_node_destroy(node);
1916
1917     return new_node;
1918 }
1919
1920 /* May only be called while holding the classifier mutex. */
1921 static void
1922 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
1923 {
1924     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
1925
1926     if (node) {
1927         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
1928         trie_destroy(&node->edges[0]);
1929         trie_destroy(&node->edges[1]);
1930         trie_node_destroy(node);
1931     }
1932 }
1933
1934 static bool
1935 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
1936 {
1937     /* No children? */
1938     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
1939         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
1940 }
1941
1942 static void
1943 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1944                      unsigned int n_bits)
1945 {
1946     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1947     unsigned int i;
1948
1949     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1950         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
1951     }
1952     if (n_bits % 32) {
1953         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1954     }
1955 }
1956
1957 static bool
1958 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
1959                      unsigned int n_bits)
1960 {
1961     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
1962     unsigned int i;
1963     ovs_be32 zeroes = 0;
1964
1965     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
1966         zeroes |= ~mask[i];
1967     }
1968     if (n_bits % 32) {
1969         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
1970     }
1971
1972     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
1973 }
1974
1975 static rcu_trie_ptr *
1976 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1977                unsigned int ofs)
1978 {
1979     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
1980 }
1981
1982 static const struct trie_node *
1983 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
1984                unsigned int ofs)
1985 {
1986     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
1987                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
1988 }
1989
1990 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
1991  */
1992 static void
1993 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1994 {
1995     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
1996 }
1997
1998 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
1999  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2000  * matched.
2001  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2002  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2003  * calling this.
2004  */
2005 static unsigned int
2006 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2007                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2008 {
2009     const struct trie_node *prev = NULL;
2010     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2011     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2012
2013     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2014         unsigned int eqbits;
2015         /* Check if this edge can be followed. */
2016         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2017                                    match_len);
2018         match_len += eqbits;
2019         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2020             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2021             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2022         }
2023         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2024         if (node->n_rules > 0) {
2025             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2026         }
2027         if (match_len >= n_bits) {
2028             return n_bits; /* Full prefix. */
2029         }
2030     }
2031     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2032      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2033      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2034      * node). */
2035     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2036 }
2037
2038 static unsigned int
2039 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2040             union mf_value *plens)
2041 {
2042     const struct mf_field *mf = trie->field;
2043
2044     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2045      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2046      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2047     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2048         return trie_lookup_value(&trie->root,
2049                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2050                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2051     }
2052     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2053     return 0; /* Value not used in this case. */
2054 }
2055
2056 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2057  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2058  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2059 static unsigned int
2060 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2061                         const struct mf_field *mf)
2062 {
2063     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2064     uint8_t u32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2065     uint8_t u32_end = u32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2066
2067     for (; u32_ofs < u32_end; ++u32_ofs) {
2068         uint32_t mask;
2069         mask = ntohl((OVS_FORCE ovs_be32)minimask_get(minimask, u32_ofs));
2070
2071         /* Validate mask, count the mask length. */
2072         if (mask_tz) {
2073             if (mask) {
2074                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2075             }
2076         } else {
2077             if (~mask & (~mask + 1)) {
2078                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2079             }
2080             mask_tz = ctz32(mask);
2081             n_bits += 32 - mask_tz;
2082         }
2083     }
2084
2085     return n_bits;
2086 }
2087
2088 /*
2089  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2090  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2091  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2092  * happened to be zeros.
2093  */
2094 static const ovs_be32 *
2095 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2096 {
2097     return miniflow_get_be32_values(&match->flow) +
2098         count_1bits(match->flow.map & ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs) - 1));
2099 }
2100
2101 /* Insert rule in to the prefix tree.
2102  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2103  * in 'rule'. */
2104 static void
2105 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2106 {
2107     trie_insert_prefix(&trie->root,
2108                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2109 }
2110
2111 static void
2112 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2113 {
2114     struct trie_node *node;
2115     int ofs = 0;
2116
2117     /* Walk the tree. */
2118     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2119          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2120         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2121         ofs += eqbits;
2122         if (eqbits < node->n_bits) {
2123             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2124             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2125             struct trie_node *new_parent;
2126
2127             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2128                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2129             /* Copy the node to modify it. */
2130             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2131             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2132             node->prefix <<= eqbits;
2133             node->n_bits -= eqbits;
2134             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2135
2136             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2137             if (ofs < mlen) {
2138                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2139                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2140                                                      1));
2141             }
2142             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2143             return;
2144         }
2145         /* Full match so far. */
2146
2147         if (ofs == mlen) {
2148             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2149             node->n_rules++;
2150             return;
2151         }
2152     }
2153     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2154     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2155 }
2156
2157 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2158  * in 'rule'. */
2159 static void
2160 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2161 {
2162     trie_remove_prefix(&trie->root,
2163                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2164 }
2165
2166 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2167  * in 'rule'. */
2168 static void
2169 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2170 {
2171     struct trie_node *node;
2172     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2173     int depth = 0, ofs = 0;
2174
2175     /* Walk the tree. */
2176     for (edges[0] = root;
2177          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2178          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2179         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2180
2181         if (eqbits < node->n_bits) {
2182             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2183              * only rules in the classifier are ever removed. */
2184             break; /* Log a warning. */
2185         }
2186         /* Full match so far. */
2187         ofs += eqbits;
2188
2189         if (ofs == mlen) {
2190             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2191             if (!node->n_rules) {
2192                 break; /* Log a warning. */
2193             }
2194             node->n_rules--;
2195
2196             /* Check if can prune the tree. */
2197             while (!node->n_rules) {
2198                 struct trie_node *next,
2199                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2200                                                   &node->edges[0]),
2201                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2202                                                   &node->edges[1]);
2203
2204                 if (edge0 && edge1) {
2205                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2206                 }
2207
2208                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2209                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2210
2211                 if (next) {
2212                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2213                         break;   /* Cannot combine. */
2214                     }
2215                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2216
2217                     /* Combine node with next. */
2218                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2219                     next->n_bits += node->n_bits;
2220                 }
2221                 /* Update the parent's edge. */
2222                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2223                 trie_node_destroy(node);
2224
2225                 if (next || !depth) {
2226                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2227                     break;
2228                 }
2229                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2230                                             edges[--depth]);
2231             }
2232             return;
2233         }
2234     }
2235     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2236      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2237     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2238 }