flow: Always inline miniflows.
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "classifier.h"
19 #include "classifier-private.h"
20 #include <errno.h>
21 #include <netinet/in.h>
22 #include "byte-order.h"
23 #include "dynamic-string.h"
24 #include "odp-util.h"
25 #include "ofp-util.h"
26 #include "packets.h"
27 #include "util.h"
28 #include "openvswitch/vlog.h"
29
30 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
31
32 struct trie_ctx;
33
34 /* A collection of "struct cls_conjunction"s currently embedded into a
35  * cls_match. */
36 struct cls_conjunction_set {
37     /* Link back to the cls_match.
38      *
39      * cls_conjunction_set is mostly used during classifier lookup, and, in
40      * turn, during classifier lookup the most used member of
41      * cls_conjunction_set is the rule's priority, so we cache it here for fast
42      * access. */
43     struct cls_match *match;
44     int priority;               /* Cached copy of match->priority. */
45
46     /* Conjunction information.
47      *
48      * 'min_n_clauses' allows some optimization during classifier lookup. */
49     unsigned int n;             /* Number of elements in 'conj'. */
50     unsigned int min_n_clauses; /* Smallest 'n' among elements of 'conj'. */
51     struct cls_conjunction conj[];
52 };
53
54 /* Ports trie depends on both ports sharing the same ovs_be32. */
55 #define TP_PORTS_OFS32 (offsetof(struct flow, tp_src) / 4)
56 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 == offsetof(struct flow, tp_dst) / 4);
57 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 % 2 == 0);
58 #define TP_PORTS_OFS64 (TP_PORTS_OFS32 / 2)
59
60 static size_t
61 cls_conjunction_set_size(size_t n)
62 {
63     return (sizeof(struct cls_conjunction_set)
64             + n * sizeof(struct cls_conjunction));
65 }
66
67 static struct cls_conjunction_set *
68 cls_conjunction_set_alloc(struct cls_match *match,
69                           const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
70 {
71     if (n) {
72         size_t min_n_clauses = conj[0].n_clauses;
73         for (size_t i = 1; i < n; i++) {
74             min_n_clauses = MIN(min_n_clauses, conj[i].n_clauses);
75         }
76
77         struct cls_conjunction_set *set = xmalloc(cls_conjunction_set_size(n));
78         set->match = match;
79         set->priority = match->priority;
80         set->n = n;
81         set->min_n_clauses = min_n_clauses;
82         memcpy(set->conj, conj, n * sizeof *conj);
83         return set;
84     } else {
85         return NULL;
86     }
87 }
88
89 static struct cls_match *
90 cls_match_alloc(const struct cls_rule *rule, cls_version_t version,
91                 const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
92 {
93     int count = count_1bits(rule->match.flow->map);
94
95     struct cls_match *cls_match
96         = xmalloc(sizeof *cls_match + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
97
98     ovsrcu_init(&cls_match->next, NULL);
99     *CONST_CAST(const struct cls_rule **, &cls_match->cls_rule) = rule;
100     *CONST_CAST(int *, &cls_match->priority) = rule->priority;
101     *CONST_CAST(cls_version_t *, &cls_match->add_version) = version;
102     atomic_init(&cls_match->remove_version, version);   /* Initially
103                                                          * invisible. */
104     miniflow_clone_inline(CONST_CAST(struct miniflow *, &cls_match->flow),
105                           rule->match.flow, count);
106     ovsrcu_set_hidden(&cls_match->conj_set,
107                       cls_conjunction_set_alloc(cls_match, conj, n));
108
109     return cls_match;
110 }
111
112 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *cls,
113                                           const struct minimask *);
114 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *cls,
115                                             const struct minimask *);
116 static void destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *);
117
118 static const struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
119                                              cls_version_t version,
120                                              const struct flow *,
121                                              struct trie_ctx *,
122                                              unsigned int n_tries,
123                                              struct flow_wildcards *);
124 static struct cls_match *find_equal(const struct cls_subtable *,
125                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
126
127 /* Return the next visible (lower-priority) rule in the list.  Multiple
128  * identical rules with the same priority may exist transitionally, but when
129  * versioning is used at most one of them is ever visible for lookups on any
130  * given 'version'. */
131 static inline const struct cls_match *
132 next_visible_rule_in_list(const struct cls_match *rule, cls_version_t version)
133 {
134     do {
135         rule = cls_match_next(rule);
136     } while (rule && !cls_match_visible_in_version(rule, version));
137
138     return rule;
139 }
140
141 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
142                                             const struct mf_field *);
143 static void trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
144                       const struct mf_field *);
145 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
146                                 union mf_value *plens);
147 static unsigned int trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *,
148                                       const ovs_be32 value[], ovs_be32 plens[],
149                                       unsigned int value_bits);
150 static void trie_destroy(rcu_trie_ptr *);
151 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
152 static void trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
153                                int mlen);
154 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
155 static void trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
156                                int mlen);
157 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
158                                  unsigned int n_bits);
159 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
160                                  uint8_t be32ofs, unsigned int n_bits);
161 \f
162 /* cls_rule. */
163
164 static inline void
165 cls_rule_init__(struct cls_rule *rule, unsigned int priority)
166 {
167     rculist_init(&rule->node);
168     *CONST_CAST(int *, &rule->priority) = priority;
169     rule->cls_match = NULL;
170 }
171
172 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
173  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
174  * the definition of struct match.
175  *
176  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
177  *
178  * Clients should not use priority INT_MIN.  (OpenFlow uses priorities between
179  * 0 and UINT16_MAX, inclusive.) */
180 void
181 cls_rule_init(struct cls_rule *rule, const struct match *match, int priority)
182 {
183     cls_rule_init__(rule, priority);
184     minimatch_init(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
185 }
186
187 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
188 void
189 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
190                              const struct minimatch *match, int priority)
191 {
192     cls_rule_init__(rule, priority);
193     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
194 }
195
196 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
197  *
198  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
199 void
200 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
201 {
202     cls_rule_init__(dst, src->priority);
203     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match), &src->match);
204 }
205
206 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
207  *
208  * 'src' must be a cls_rule NOT in a classifier.
209  *
210  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
211 void
212 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
213 {
214     cls_rule_init__(dst, src->priority);
215     minimatch_move(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match),
216                    CONST_CAST(struct minimatch *, &src->match));
217 }
218
219 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
220  * normally embedded into a larger structure).
221  *
222  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
223 void
224 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
225     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
226 {
227     ovs_assert(!rule->cls_match);   /* Must not be in a classifier. */
228
229     /* Check that the rule has been properly removed from the classifier. */
230     ovs_assert(rule->node.prev == RCULIST_POISON
231                || rculist_is_empty(&rule->node));
232     rculist_poison__(&rule->node);   /* Poisons also the next pointer. */
233
234     minimatch_destroy(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match));
235 }
236
237 void
238 cls_rule_set_conjunctions(struct cls_rule *cr,
239                           const struct cls_conjunction *conj, size_t n)
240 {
241     struct cls_match *match = cr->cls_match;
242     struct cls_conjunction_set *old
243         = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
244     struct cls_conjunction *old_conj = old ? old->conj : NULL;
245     unsigned int old_n = old ? old->n : 0;
246
247     if (old_n != n || (n && memcmp(old_conj, conj, n * sizeof *conj))) {
248         if (old) {
249             ovsrcu_postpone(free, old);
250         }
251         ovsrcu_set(&match->conj_set,
252                    cls_conjunction_set_alloc(match, conj, n));
253     }
254 }
255
256
257 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
258  * false if they differ in some way. */
259 bool
260 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
261 {
262     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
263 }
264
265 /* Returns a hash value for 'rule', folding in 'basis'. */
266 uint32_t
267 cls_rule_hash(const struct cls_rule *rule, uint32_t basis)
268 {
269     return minimatch_hash(&rule->match, hash_int(rule->priority, basis));
270 }
271
272 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
273 void
274 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
275 {
276     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
277 }
278
279 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
280 bool
281 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
282 {
283     return minimask_is_catchall(rule->match.mask);
284 }
285
286 /* Makes rule invisible after 'version'.  Once that version is made invisible
287  * (by changing the version parameter used in lookups), the rule should be
288  * actually removed via ovsrcu_postpone().
289  *
290  * 'rule_' must be in a classifier. */
291 void
292 cls_rule_make_invisible_in_version(const struct cls_rule *rule,
293                                    cls_version_t remove_version)
294 {
295     ovs_assert(remove_version >= rule->cls_match->add_version);
296
297     cls_match_set_remove_version(rule->cls_match, remove_version);
298 }
299
300 /* This undoes the change made by cls_rule_make_invisible_in_version().
301  *
302  * 'rule' must be in a classifier. */
303 void
304 cls_rule_restore_visibility(const struct cls_rule *rule)
305 {
306     cls_match_set_remove_version(rule->cls_match, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
307 }
308
309 /* Return true if 'rule' is visible in 'version'.
310  *
311  * 'rule' must be in a classifier. */
312 bool
313 cls_rule_visible_in_version(const struct cls_rule *rule, cls_version_t version)
314 {
315     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version);
316 }
317 \f
318 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
319  * rules. */
320 void
321 classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
322 {
323     cls->n_rules = 0;
324     cmap_init(&cls->subtables_map);
325     pvector_init(&cls->subtables);
326     cmap_init(&cls->partitions);
327     cls->n_flow_segments = 0;
328     if (flow_segments) {
329         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
330                && *flow_segments < FLOW_U64S) {
331             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
332         }
333     }
334     cls->n_tries = 0;
335     for (int i = 0; i < CLS_MAX_TRIES; i++) {
336         trie_init(cls, i, NULL);
337     }
338     cls->publish = true;
339 }
340
341 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
342  * caller's responsibility.
343  * May only be called after all the readers have been terminated. */
344 void
345 classifier_destroy(struct classifier *cls)
346 {
347     if (cls) {
348         struct cls_partition *partition;
349         struct cls_subtable *subtable;
350         int i;
351
352         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
353             trie_destroy(&cls->tries[i].root);
354         }
355
356         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
357             destroy_subtable(cls, subtable);
358         }
359         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
360
361         CMAP_FOR_EACH (partition, cmap_node, &cls->partitions) {
362             ovsrcu_postpone(free, partition);
363         }
364         cmap_destroy(&cls->partitions);
365
366         pvector_destroy(&cls->subtables);
367     }
368 }
369
370 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
371 bool
372 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
373                              const enum mf_field_id *trie_fields,
374                              unsigned int n_fields)
375 {
376     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
377     struct mf_bitmap fields = MF_BITMAP_INITIALIZER;
378     int i, n_tries = 0;
379     bool changed = false;
380
381     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
382         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
383         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
384             /* Incompatible field.  This is the only place where we
385              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
386              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
387              * field length to be a multiple of 32 bits. */
388             continue;
389         }
390
391         if (bitmap_is_set(fields.bm, trie_fields[i])) {
392             /* Duplicate field, there is no need to build more than
393              * one index for any one field. */
394             continue;
395         }
396         bitmap_set1(fields.bm, trie_fields[i]);
397
398         new_fields[n_tries] = NULL;
399         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
400             new_fields[n_tries] = field;
401             changed = true;
402         }
403         n_tries++;
404     }
405
406     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
407         struct cls_subtable *subtable;
408
409         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
410          * for the tries that are changing and wait all the current readers
411          * with the old configuration to be done. */
412         changed = false;
413         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
414             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
415                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
416                     if (subtable->trie_plen[i]) {
417                         subtable->trie_plen[i] = 0;
418                         changed = true;
419                     }
420                 }
421             }
422         }
423         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
424          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
425         if (changed) {
426             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
427              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
428             ovsrcu_synchronize();
429         }
430
431         /* Now set up the tries. */
432         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
433             if (new_fields[i]) {
434                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
435             }
436         }
437         /* Destroy the rest, if any. */
438         for (; i < cls->n_tries; i++) {
439             trie_init(cls, i, NULL);
440         }
441
442         cls->n_tries = n_tries;
443         return true;
444     }
445
446     return false; /* No change. */
447 }
448
449 static void
450 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
451 {
452     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
453     struct cls_subtable *subtable;
454
455     if (trie_idx < cls->n_tries) {
456         trie_destroy(&trie->root);
457     } else {
458         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
459     }
460     trie->field = field;
461
462     /* Add existing rules to the new trie. */
463     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
464         unsigned int plen;
465
466         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
467         if (plen) {
468             struct cls_match *head;
469
470             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
471                 trie_insert(trie, head->cls_rule, plen);
472             }
473         }
474         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
475          * allow readers to use the trie. */
476         atomic_thread_fence(memory_order_release);
477         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
478     }
479 }
480
481 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
482  * Checking the cmap requires no locking. */
483 bool
484 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
485 {
486     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
487 }
488
489 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
490 int
491 classifier_count(const struct classifier *cls)
492 {
493     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
494      * return either the old or a new value. */
495     return cls->n_rules;
496 }
497
498 static uint32_t
499 hash_metadata(ovs_be64 metadata)
500 {
501     return hash_uint64((OVS_FORCE uint64_t) metadata);
502 }
503
504 static struct cls_partition *
505 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
506 {
507     struct cls_partition *partition;
508
509     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
510         if (partition->metadata == metadata) {
511             return partition;
512         }
513     }
514
515     return NULL;
516 }
517
518 static struct cls_partition *
519 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
520                  ovs_be64 metadata)
521 {
522     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
523     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
524     if (!partition) {
525         partition = xmalloc(sizeof *partition);
526         partition->metadata = metadata;
527         partition->tags = 0;
528         tag_tracker_init(&partition->tracker);
529         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
530     }
531     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
532     return partition;
533 }
534
535 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
536 {
537     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
538     return MINIFLOW_GET_BE32(match->flow, tp_src)
539         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask->masks, tp_src);
540 }
541
542 static void
543 subtable_replace_head_rule(struct classifier *cls OVS_UNUSED,
544                            struct cls_subtable *subtable,
545                            struct cls_match *head, struct cls_match *new,
546                            uint32_t hash, uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES])
547 {
548     /* Rule's data is already in the tries. */
549
550     new->partition = head->partition; /* Steal partition, if any. */
551     head->partition = NULL;
552
553     for (int i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
554         cmap_replace(&subtable->indices[i], &head->index_nodes[i],
555                      &new->index_nodes[i], ihash[i]);
556     }
557     cmap_replace(&subtable->rules, &head->cmap_node, &new->cmap_node, hash);
558 }
559
560 /* Inserts 'rule' into 'cls' in 'version'.  Until 'rule' is removed from 'cls',
561  * the caller must not modify or free it.
562  *
563  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
564  * fixed fields, and priority) that is visible in 'version', replaces the old
565  * rule by 'rule' and returns the rule that was replaced.  The caller takes
566  * ownership of the returned rule and is thus responsible for destroying it
567  * with cls_rule_destroy(), after RCU grace period has passed (see
568  * ovsrcu_postpone()).
569  *
570  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
571  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
572  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
573  * superset of their flows and has higher priority.
574  */
575 const struct cls_rule *
576 classifier_replace(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
577                    cls_version_t version,
578                    const struct cls_conjunction *conjs, size_t n_conjs)
579 {
580     struct cls_match *new;
581     struct cls_subtable *subtable;
582     uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES];
583     uint8_t prev_be64ofs = 0;
584     struct cls_match *head;
585     size_t n_rules = 0;
586     uint32_t basis;
587     uint32_t hash;
588     int i;
589
590     /* 'new' is initially invisible to lookups. */
591     new = cls_match_alloc(rule, version, conjs, n_conjs);
592
593     CONST_CAST(struct cls_rule *, rule)->cls_match = new;
594
595     subtable = find_subtable(cls, rule->match.mask);
596     if (!subtable) {
597         subtable = insert_subtable(cls, rule->match.mask);
598     }
599
600     /* Compute hashes in segments. */
601     basis = 0;
602     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
603         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be64ofs,
604                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
605         prev_be64ofs = subtable->index_ofs[i];
606     }
607     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, prev_be64ofs, FLOW_U64S, &basis);
608
609     head = find_equal(subtable, rule->match.flow, hash);
610     if (!head) {
611         /* Add rule to tries.
612          *
613          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
614          * which might require being fixed up by revalidation later. */
615         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
616             if (subtable->trie_plen[i]) {
617                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
618             }
619         }
620
621         /* Add rule to ports trie. */
622         if (subtable->ports_mask_len) {
623             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
624              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
625              * and they will always match (== their original value does not
626              * matter). */
627             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
628
629             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
630                                subtable->ports_mask_len);
631         }
632
633         /* Add rule to partitions.
634          *
635          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
636          * which might require being fixed up by revalidation later. */
637         new->partition = NULL;
638         if (minimask_get_metadata_mask(rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
639             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(rule->match.flow);
640
641             new->partition = create_partition(cls, subtable, metadata);
642         }
643
644         /* Add new node to segment indices.
645          *
646          * Readers may find the rule in the indices before the rule is visible
647          * in the subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
648          * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
649          * wildcarding.  This will be fixed later by revalidation (always
650          * scheduled after flow table changes). */
651         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
652             cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
653         }
654         n_rules = cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
655     } else {   /* Equal rules exist in the classifier already. */
656         struct cls_match *prev, *iter;
657
658         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
659          * order of decreasing priority.  Insert after rules marked invisible
660          * in any version of the same priority. */
661         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
662             if (rule->priority > iter->priority
663                 || (rule->priority == iter->priority
664                     && !cls_match_is_eventually_invisible(iter))) {
665                 break;
666             }
667         }
668
669         /* Replace 'iter' with 'new' or insert 'new' between 'prev' and
670          * 'iter'. */
671         if (iter) {
672             struct cls_rule *old;
673
674             if (rule->priority == iter->priority) {
675                 cls_match_replace(prev, iter, new);
676                 old = CONST_CAST(struct cls_rule *, iter->cls_rule);
677             } else {
678                 cls_match_insert(prev, iter, new);
679                 old = NULL;
680             }
681
682             /* Replace the existing head in data structures, if rule is the new
683              * head. */
684             if (iter == head) {
685                 subtable_replace_head_rule(cls, subtable, head, new, hash,
686                                            ihash);
687             }
688
689             if (old) {
690                 struct cls_conjunction_set *conj_set;
691
692                 conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
693                                                 &iter->conj_set);
694                 if (conj_set) {
695                     ovsrcu_postpone(free, conj_set);
696                 }
697
698                 ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, iter);
699                 old->cls_match = NULL;
700
701                 /* No change in subtable's max priority or max count. */
702
703                 /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
704                 cls_match_set_remove_version(new, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
705
706                 /* Make rule visible to iterators (immediately). */
707                 rculist_replace(CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node),
708                                 &old->node);
709
710                 /* Return displaced rule.  Caller is responsible for keeping it
711                  * around until all threads quiesce. */
712                 return old;
713             }
714         } else {
715             /* 'new' is new node after 'prev' */
716             cls_match_insert(prev, iter, new);
717         }
718     }
719
720     /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
721     cls_match_set_remove_version(new, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
722
723     /* Make rule visible to iterators (immediately). */
724     rculist_push_back(&subtable->rules_list,
725                       CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node));
726
727     /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority' and
728      * 'max_count', if necessary.
729      *
730      * The rule was already inserted, but concurrent readers may not see the
731      * rule yet as the subtables vector is not updated yet.  This will have to
732      * be fixed by revalidation later. */
733     if (n_rules == 1) {
734         subtable->max_priority = rule->priority;
735         subtable->max_count = 1;
736         pvector_insert(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
737     } else if (rule->priority == subtable->max_priority) {
738         ++subtable->max_count;
739     } else if (rule->priority > subtable->max_priority) {
740         subtable->max_priority = rule->priority;
741         subtable->max_count = 1;
742         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
743     }
744
745     /* Nothing was replaced. */
746     cls->n_rules++;
747
748     if (cls->publish) {
749         pvector_publish(&cls->subtables);
750     }
751
752     return NULL;
753 }
754
755 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
756  * must not modify or free it.
757  *
758  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
759  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
760  * such a rule. */
761 void
762 classifier_insert(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
763                   cls_version_t version, const struct cls_conjunction conj[],
764                   size_t n_conj)
765 {
766     const struct cls_rule *displaced_rule
767         = classifier_replace(cls, rule, version, conj, n_conj);
768     ovs_assert(!displaced_rule);
769 }
770
771 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
772  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
773  * resides, etc., as necessary.
774  *
775  * Does nothing if 'rule' has been already removed, or was never inserted.
776  *
777  * Returns the removed rule, or NULL, if it was already removed.
778  */
779 const struct cls_rule *
780 classifier_remove(struct classifier *cls, const struct cls_rule *cls_rule)
781 {
782     struct cls_match *rule, *prev, *next, *head;
783     struct cls_partition *partition;
784     struct cls_conjunction_set *conj_set;
785     struct cls_subtable *subtable;
786     int i;
787     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
788     uint8_t prev_be64ofs = 0;
789     size_t n_rules;
790
791     rule = cls_rule->cls_match;
792     if (!rule) {
793         return NULL;
794     }
795     /* Mark as removed. */
796     CONST_CAST(struct cls_rule *, cls_rule)->cls_match = NULL;
797
798     /* Remove 'cls_rule' from the subtable's rules list. */
799     rculist_remove(CONST_CAST(struct rculist *, &cls_rule->node));
800
801     subtable = find_subtable(cls, cls_rule->match.mask);
802     ovs_assert(subtable);
803
804     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
805         ihash[i] = minimatch_hash_range(&cls_rule->match, prev_be64ofs,
806                                         subtable->index_ofs[i], &basis);
807         prev_be64ofs = subtable->index_ofs[i];
808     }
809     hash = minimatch_hash_range(&cls_rule->match, prev_be64ofs, FLOW_U64S,
810                                 &basis);
811
812     head = find_equal(subtable, cls_rule->match.flow, hash);
813
814     /* Check if the rule is not the head rule. */
815     if (rule != head) {
816         struct cls_match *iter;
817
818         /* Not the head rule, but potentially one with the same priority. */
819         /* Remove from the list of equal rules. */
820         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
821             if (rule == iter) {
822                 break;
823             }
824         }
825         ovs_assert(iter == rule);
826
827         cls_match_remove(prev, rule);
828
829         goto check_priority;
830     }
831
832     /* 'rule' is the head rule.  Check if there is another rule to
833      * replace 'rule' in the data structures. */
834     next = cls_match_next_protected(rule);
835     if (next) {
836         subtable_replace_head_rule(cls, subtable, rule, next, hash, ihash);
837         goto check_priority;
838     }
839
840     /* 'rule' is last of the kind in the classifier, must remove from all the
841      * data structures. */
842
843     if (subtable->ports_mask_len) {
844         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&cls_rule->match);
845
846         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
847                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
848     }
849     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
850         if (subtable->trie_plen[i]) {
851             trie_remove(&cls->tries[i], cls_rule, subtable->trie_plen[i]);
852         }
853     }
854
855     /* Remove rule node from indices. */
856     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
857         cmap_remove(&subtable->indices[i], &rule->index_nodes[i], ihash[i]);
858     }
859     n_rules = cmap_remove(&subtable->rules, &rule->cmap_node, hash);
860
861     partition = rule->partition;
862     if (partition) {
863         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
864                              subtable->tag);
865         if (!partition->tags) {
866             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
867                         hash_metadata(partition->metadata));
868             ovsrcu_postpone(free, partition);
869         }
870     }
871
872     if (n_rules == 0) {
873         destroy_subtable(cls, subtable);
874     } else {
875 check_priority:
876         if (subtable->max_priority == rule->priority
877             && --subtable->max_count == 0) {
878             /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
879             int max_priority = INT_MIN;
880             struct cls_match *head;
881
882             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
883                 if (head->priority > max_priority) {
884                     max_priority = head->priority;
885                     subtable->max_count = 1;
886                 } else if (head->priority == max_priority) {
887                     ++subtable->max_count;
888                 }
889             }
890             subtable->max_priority = max_priority;
891             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
892         }
893     }
894
895     if (cls->publish) {
896         pvector_publish(&cls->subtables);
897     }
898
899     /* free the rule. */
900     conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
901                                     &rule->conj_set);
902     if (conj_set) {
903         ovsrcu_postpone(free, conj_set);
904     }
905     ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, rule);
906     cls->n_rules--;
907
908     return cls_rule;
909 }
910
911 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
912  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
913  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
914  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
915  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
916  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
917 struct trie_ctx {
918     const struct cls_trie *trie;
919     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
920     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
921     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
922     union mf_value match_plens; /* Bitmask of prefix lengths with possible
923                                  * matches. */
924 };
925
926 static void
927 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
928 {
929     ctx->trie = trie;
930     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
931     ctx->lookup_done = false;
932 }
933
934 struct conjunctive_match {
935     struct hmap_node hmap_node;
936     uint32_t id;
937     uint64_t clauses;
938 };
939
940 static struct conjunctive_match *
941 find_conjunctive_match__(struct hmap *matches, uint64_t id, uint32_t hash)
942 {
943     struct conjunctive_match *m;
944
945     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (m, hmap_node, hash, matches) {
946         if (m->id == id) {
947             return m;
948         }
949     }
950     return NULL;
951 }
952
953 static bool
954 find_conjunctive_match(const struct cls_conjunction_set *set,
955                        unsigned int max_n_clauses, struct hmap *matches,
956                        struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs,
957                        uint32_t *idp)
958 {
959     const struct cls_conjunction *c;
960
961     if (max_n_clauses < set->min_n_clauses) {
962         return false;
963     }
964
965     for (c = set->conj; c < &set->conj[set->n]; c++) {
966         struct conjunctive_match *cm;
967         uint32_t hash;
968
969         if (c->n_clauses > max_n_clauses) {
970             continue;
971         }
972
973         hash = hash_int(c->id, 0);
974         cm = find_conjunctive_match__(matches, c->id, hash);
975         if (!cm) {
976             size_t n = hmap_count(matches);
977
978             cm = n < n_cm_stubs ? &cm_stubs[n] : xmalloc(sizeof *cm);
979             hmap_insert(matches, &cm->hmap_node, hash);
980             cm->id = c->id;
981             cm->clauses = UINT64_MAX << (c->n_clauses & 63);
982         }
983         cm->clauses |= UINT64_C(1) << c->clause;
984         if (cm->clauses == UINT64_MAX) {
985             *idp = cm->id;
986             return true;
987         }
988     }
989     return false;
990 }
991
992 static void
993 free_conjunctive_matches(struct hmap *matches,
994                          struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs)
995 {
996     if (hmap_count(matches) > n_cm_stubs) {
997         struct conjunctive_match *cm, *next;
998
999         HMAP_FOR_EACH_SAFE (cm, next, hmap_node, matches) {
1000             if (!(cm >= cm_stubs && cm < &cm_stubs[n_cm_stubs])) {
1001                 free(cm);
1002             }
1003         }
1004     }
1005     hmap_destroy(matches);
1006 }
1007
1008 /* Like classifier_lookup(), except that support for conjunctive matches can be
1009  * configured with 'allow_conjunctive_matches'.  That feature is not exposed
1010  * externally because turning off conjunctive matches is only useful to avoid
1011  * recursion within this function itself.
1012  *
1013  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1014  * Any changes are restored before returning. */
1015 static const struct cls_rule *
1016 classifier_lookup__(const struct classifier *cls, cls_version_t version,
1017                     struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc,
1018                     bool allow_conjunctive_matches)
1019 {
1020     const struct cls_partition *partition;
1021     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
1022     const struct cls_match *match;
1023     tag_type tags;
1024
1025     /* Highest-priority flow in 'cls' that certainly matches 'flow'. */
1026     const struct cls_match *hard = NULL;
1027     int hard_pri = INT_MIN;     /* hard ? hard->priority : INT_MIN. */
1028
1029     /* Highest-priority conjunctive flows in 'cls' matching 'flow'.  Since
1030      * these are (components of) conjunctive flows, we can only know whether
1031      * the full conjunctive flow matches after seeing multiple of them.  Thus,
1032      * we refer to these as "soft matches". */
1033     struct cls_conjunction_set *soft_stub[64];
1034     struct cls_conjunction_set **soft = soft_stub;
1035     size_t n_soft = 0, allocated_soft = ARRAY_SIZE(soft_stub);
1036     int soft_pri = INT_MIN;    /* n_soft ? MAX(soft[*]->priority) : INT_MIN. */
1037
1038     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
1039      * when table configuration changes, which happens typically only on
1040      * startup. */
1041     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
1042
1043     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
1044      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
1045      *
1046      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
1047      *       'tags' for 'partition->tags'.
1048      *
1049      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
1050      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
1051      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
1052      *
1053      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
1054      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
1055      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
1056      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
1057      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
1058      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
1059      * need a special case.
1060      */
1061     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
1062                  ? NULL
1063                  : find_partition(cls, flow->metadata,
1064                                   hash_metadata(flow->metadata)));
1065     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
1066
1067     /* Initialize trie contexts for find_match_wc(). */
1068     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1069         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
1070     }
1071
1072     /* Main loop. */
1073     struct cls_subtable *subtable;
1074     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, hard_pri, 2, sizeof *subtable,
1075                                &cls->subtables) {
1076         struct cls_conjunction_set *conj_set;
1077
1078         /* Skip subtables not in our partition. */
1079         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
1080             continue;
1081         }
1082
1083         /* Skip subtables with no match, or where the match is lower-priority
1084          * than some certain match we've already found. */
1085         match = find_match_wc(subtable, version, flow, trie_ctx, cls->n_tries,
1086                               wc);
1087         if (!match || match->priority <= hard_pri) {
1088             continue;
1089         }
1090
1091         conj_set = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
1092         if (!conj_set) {
1093             /* 'match' isn't part of a conjunctive match.  It's the best
1094              * certain match we've got so far, since we know that it's
1095              * higher-priority than hard_pri.
1096              *
1097              * (There might be a higher-priority conjunctive match.  We can't
1098              * tell yet.) */
1099             hard = match;
1100             hard_pri = hard->priority;
1101         } else if (allow_conjunctive_matches) {
1102             /* 'match' is part of a conjunctive match.  Add it to the list. */
1103             if (OVS_UNLIKELY(n_soft >= allocated_soft)) {
1104                 struct cls_conjunction_set **old_soft = soft;
1105
1106                 allocated_soft *= 2;
1107                 soft = xmalloc(allocated_soft * sizeof *soft);
1108                 memcpy(soft, old_soft, n_soft * sizeof *soft);
1109                 if (old_soft != soft_stub) {
1110                     free(old_soft);
1111                 }
1112             }
1113             soft[n_soft++] = conj_set;
1114
1115             /* Keep track of the highest-priority soft match. */
1116             if (soft_pri < match->priority) {
1117                 soft_pri = match->priority;
1118             }
1119         }
1120     }
1121
1122     /* In the common case, at this point we have no soft matches and we can
1123      * return immediately.  (We do the same thing if we have potential soft
1124      * matches but none of them are higher-priority than our hard match.) */
1125     if (hard_pri >= soft_pri) {
1126         if (soft != soft_stub) {
1127             free(soft);
1128         }
1129         return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1130     }
1131
1132     /* At this point, we have some soft matches.  We might also have a hard
1133      * match; if so, its priority is lower than the highest-priority soft
1134      * match. */
1135
1136     /* Soft match loop.
1137      *
1138      * Check whether soft matches are real matches. */
1139     for (;;) {
1140         /* Delete soft matches that are null.  This only happens in second and
1141          * subsequent iterations of the soft match loop, when we drop back from
1142          * a high-priority soft match to a lower-priority one.
1143          *
1144          * Also, delete soft matches whose priority is less than or equal to
1145          * the hard match's priority.  In the first iteration of the soft
1146          * match, these can be in 'soft' because the earlier main loop found
1147          * the soft match before the hard match.  In second and later iteration
1148          * of the soft match loop, these can be in 'soft' because we dropped
1149          * back from a high-priority soft match to a lower-priority soft match.
1150          *
1151          * It is tempting to delete soft matches that cannot be satisfied
1152          * because there are fewer soft matches than required to satisfy any of
1153          * their conjunctions, but we cannot do that because there might be
1154          * lower priority soft or hard matches with otherwise identical
1155          * matches.  (We could special case those here, but there's no
1156          * need--we'll do so at the bottom of the soft match loop anyway and
1157          * this duplicates less code.)
1158          *
1159          * It's also tempting to break out of the soft match loop if 'n_soft ==
1160          * 1' but that would also miss lower-priority hard matches.  We could
1161          * special case that also but again there's no need. */
1162         for (int i = 0; i < n_soft; ) {
1163             if (!soft[i] || soft[i]->priority <= hard_pri) {
1164                 soft[i] = soft[--n_soft];
1165             } else {
1166                 i++;
1167             }
1168         }
1169         if (!n_soft) {
1170             break;
1171         }
1172
1173         /* Find the highest priority among the soft matches.  (We know this
1174          * must be higher than the hard match's priority; otherwise we would
1175          * have deleted all of the soft matches in the previous loop.)  Count
1176          * the number of soft matches that have that priority. */
1177         soft_pri = INT_MIN;
1178         int n_soft_pri = 0;
1179         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1180             if (soft[i]->priority > soft_pri) {
1181                 soft_pri = soft[i]->priority;
1182                 n_soft_pri = 1;
1183             } else if (soft[i]->priority == soft_pri) {
1184                 n_soft_pri++;
1185             }
1186         }
1187         ovs_assert(soft_pri > hard_pri);
1188
1189         /* Look for a real match among the highest-priority soft matches.
1190          *
1191          * It's unusual to have many conjunctive matches, so we use stubs to
1192          * avoid calling malloc() in the common case.  An hmap has a built-in
1193          * stub for up to 2 hmap_nodes; possibly, we would benefit a variant
1194          * with a bigger stub. */
1195         struct conjunctive_match cm_stubs[16];
1196         struct hmap matches;
1197
1198         hmap_init(&matches);
1199         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1200             uint32_t id;
1201
1202             if (soft[i]->priority == soft_pri
1203                 && find_conjunctive_match(soft[i], n_soft_pri, &matches,
1204                                           cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs),
1205                                           &id)) {
1206                 uint32_t saved_conj_id = flow->conj_id;
1207                 const struct cls_rule *rule;
1208
1209                 flow->conj_id = id;
1210                 rule = classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, false);
1211                 flow->conj_id = saved_conj_id;
1212
1213                 if (rule) {
1214                     free_conjunctive_matches(&matches,
1215                                              cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1216                     if (soft != soft_stub) {
1217                         free(soft);
1218                     }
1219                     return rule;
1220                 }
1221             }
1222         }
1223         free_conjunctive_matches(&matches, cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1224
1225         /* There's no real match among the highest-priority soft matches.
1226          * However, if any of those soft matches has a lower-priority but
1227          * otherwise identical flow match, then we need to consider those for
1228          * soft or hard matches.
1229          *
1230          * The next iteration of the soft match loop will delete any null
1231          * pointers we put into 'soft' (and some others too). */
1232         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1233             if (soft[i]->priority != soft_pri) {
1234                 continue;
1235             }
1236
1237             /* Find next-lower-priority flow with identical flow match. */
1238             match = next_visible_rule_in_list(soft[i]->match, version);
1239             if (match) {
1240                 soft[i] = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *,
1241                                      &match->conj_set);
1242                 if (!soft[i]) {
1243                     /* The flow is a hard match; don't treat as a soft
1244                      * match. */
1245                     if (match->priority > hard_pri) {
1246                         hard = match;
1247                         hard_pri = hard->priority;
1248                     }
1249                 }
1250             } else {
1251                 /* No such lower-priority flow (probably the common case). */
1252                 soft[i] = NULL;
1253             }
1254         }
1255     }
1256
1257     if (soft != soft_stub) {
1258         free(soft);
1259     }
1260     return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1261 }
1262
1263 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow' and
1264  * that is visible in 'version'.  Returns a null pointer if no rules in 'cls'
1265  * match 'flow'.  If multiple rules of equal priority match 'flow', returns one
1266  * arbitrarily.
1267  *
1268  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
1269  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
1270  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
1271  * flow_wildcards_init_catchall()).
1272  *
1273  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1274  * Any changes are restored before returning. */
1275 const struct cls_rule *
1276 classifier_lookup(const struct classifier *cls, cls_version_t version,
1277                   struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc)
1278 {
1279     return classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, true);
1280 }
1281
1282 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1283  * matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1284  * Only one such rule may ever exist.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1285  * contain an exact match. */
1286 const struct cls_rule *
1287 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1288                              const struct cls_rule *target,
1289                              cls_version_t version)
1290 {
1291     const struct cls_match *head, *rule;
1292     const struct cls_subtable *subtable;
1293
1294     subtable = find_subtable(cls, target->match.mask);
1295     if (!subtable) {
1296         return NULL;
1297     }
1298
1299     head = find_equal(subtable, target->match.flow,
1300                       miniflow_hash_in_minimask(target->match.flow,
1301                                                 target->match.mask, 0));
1302     if (!head) {
1303         return NULL;
1304     }
1305     CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1306         if (rule->priority < target->priority) {
1307             break; /* Not found. */
1308         }
1309         if (rule->priority == target->priority
1310             && cls_match_visible_in_version(rule, version)) {
1311             return rule->cls_rule;
1312         }
1313     }
1314     return NULL;
1315 }
1316
1317 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1318  * same matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1319  * Returns a null pointer if 'cls' doesn't contain an exact match visible in
1320  * 'version'. */
1321 const struct cls_rule *
1322 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1323                               const struct match *target, int priority,
1324                               cls_version_t version)
1325 {
1326     const struct cls_rule *retval;
1327     struct cls_rule cr;
1328
1329     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1330     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr, version);
1331     cls_rule_destroy(&cr);
1332
1333     return retval;
1334 }
1335
1336 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls' in 'version'.  Two
1337  * rules are considered to overlap if both rules have the same priority and a
1338  * packet could match both, and if both rules are visible in the same version.
1339  *
1340  * A trivial example of overlapping rules is two rules matching disjoint sets
1341  * of fields. E.g., if one rule matches only on port number, while another only
1342  * on dl_type, any packet from that specific port and with that specific
1343  * dl_type could match both, if the rules also have the same priority. */
1344 bool
1345 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1346                          const struct cls_rule *target, cls_version_t version)
1347 {
1348     struct cls_subtable *subtable;
1349
1350     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1351     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, target->priority - 1, 2,
1352                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1353         struct {
1354             struct minimask mask;
1355             uint64_t storage[FLOW_U64S];
1356         } m;
1357         const struct cls_rule *rule;
1358
1359         minimask_combine(&m.mask, target->match.mask, &subtable->mask,
1360                          m.storage);
1361
1362         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1363             if (rule->priority == target->priority
1364                 && miniflow_equal_in_minimask(target->match.flow,
1365                                               rule->match.flow, &m.mask)
1366                 && cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version)) {
1367                 return true;
1368             }
1369         }
1370     }
1371     return false;
1372 }
1373
1374 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1375  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1376  * function returns true if, for every field:
1377  *
1378  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1379  *     field, or
1380  *
1381  *   - 'criteria' wildcards the field,
1382  *
1383  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1384  * if, for at least one field:
1385  *
1386  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1387  *
1388  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1389  *
1390  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1391  *
1392  *                                     rule
1393  *
1394  *                   c         wildcard    exact
1395  *                   r        +---------+---------+
1396  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1397  *                   t   card |         |         |
1398  *                   e        +---------+---------+
1399  *                   r  exact |    no   |if values|
1400  *                   i        |         |are equal|
1401  *                   a        +---------+---------+
1402  *
1403  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1404  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1405  *
1406  * Ignores rule->priority. */
1407 bool
1408 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1409                         const struct minimatch *criteria)
1410 {
1411     return (!minimask_has_extra(rule->match.mask, criteria->mask)
1412             && miniflow_equal_in_minimask(rule->match.flow, criteria->flow,
1413                                           criteria->mask));
1414 }
1415 \f
1416 /* Iteration. */
1417
1418 static bool
1419 rule_matches(const struct cls_rule *rule, const struct cls_rule *target,
1420              cls_version_t version)
1421 {
1422     /* Rule may only match a target if it is visible in target's version. */
1423     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version)
1424         && (!target || miniflow_equal_in_minimask(rule->match.flow,
1425                                                   target->match.flow,
1426                                                   target->match.mask));
1427 }
1428
1429 static const struct cls_rule *
1430 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1431                 struct cls_cursor *cursor)
1432 {
1433     if (!cursor->target
1434         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, cursor->target->match.mask)) {
1435         const struct cls_rule *rule;
1436
1437         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1438             if (rule_matches(rule, cursor->target, cursor->version)) {
1439                 return rule;
1440             }
1441         }
1442     }
1443     return NULL;
1444 }
1445
1446 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1447  * cursor.
1448  *
1449  *     - If 'target' is null, or if the 'target' is a catchall target, the
1450  *       cursor will visit every rule in 'cls' that is visible in 'version'.
1451  *
1452  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1453  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true and that
1454  *       the rule is visible in 'version'.
1455  *
1456  * Ignores target->priority. */
1457 struct cls_cursor
1458 cls_cursor_start(const struct classifier *cls, const struct cls_rule *target,
1459                  cls_version_t version)
1460 {
1461     struct cls_cursor cursor;
1462     struct cls_subtable *subtable;
1463
1464     cursor.cls = cls;
1465     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1466     cursor.version = version;
1467     cursor.rule = NULL;
1468
1469     /* Find first rule. */
1470     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH (subtable, &cursor.subtables,
1471                              &cursor.cls->subtables) {
1472         const struct cls_rule *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1473
1474         if (rule) {
1475             cursor.subtable = subtable;
1476             cursor.rule = rule;
1477             break;
1478         }
1479     }
1480
1481     return cursor;
1482 }
1483
1484 static const struct cls_rule *
1485 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor)
1486 {
1487     const struct cls_rule *rule;
1488     const struct cls_subtable *subtable;
1489
1490     rule = cursor->rule;
1491     subtable = cursor->subtable;
1492     RCULIST_FOR_EACH_CONTINUE (rule, node, &subtable->rules_list) {
1493         if (rule_matches(rule, cursor->target, cursor->version)) {
1494             return rule;
1495         }
1496     }
1497
1498     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, &cursor->subtables) {
1499         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1500         if (rule) {
1501             cursor->subtable = subtable;
1502             return rule;
1503         }
1504     }
1505
1506     return NULL;
1507 }
1508
1509 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1510  * or to null if all matching rules have been visited. */
1511 void
1512 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1513 {
1514     cursor->rule = cls_cursor_next(cursor);
1515 }
1516 \f
1517 static struct cls_subtable *
1518 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1519 {
1520     struct cls_subtable *subtable;
1521
1522     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1523                              &cls->subtables_map) {
1524         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1525             return subtable;
1526         }
1527     }
1528     return NULL;
1529 }
1530
1531 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1532 static struct cls_subtable *
1533 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1534 {
1535     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1536     struct cls_subtable *subtable;
1537     int i, index = 0;
1538     struct flow_wildcards old, new;
1539     uint8_t prev;
1540     int count = count_1bits(mask->masks.map);
1541
1542     subtable = xzalloc(sizeof *subtable + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1543     cmap_init(&subtable->rules);
1544     miniflow_clone_inline(CONST_CAST(struct miniflow *, &subtable->mask.masks),
1545                           &mask->masks, count);
1546
1547     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1548     flow_wildcards_init_catchall(&new);
1549     old = new;
1550     prev = 0;
1551     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1552         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev,
1553                                            cls->flow_segments[i]);
1554         /* Add an index if it adds mask bits. */
1555         if (!flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1556             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1557             *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->index_ofs[index])
1558                 = cls->flow_segments[i];
1559             index++;
1560             old = new;
1561         }
1562         prev = cls->flow_segments[i];
1563     }
1564     /* Check if the rest of the subtable's mask adds any bits,
1565      * and remove the last index if it doesn't. */
1566     if (index > 0) {
1567         flow_wildcards_fold_minimask_range(&new, mask, prev, FLOW_U64S);
1568         if (flow_wildcards_equal(&new, &old)) {
1569             --index;
1570             *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->index_ofs[index]) = 0;
1571             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1572         }
1573     }
1574     *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->n_indices) = index;
1575
1576     *CONST_CAST(tag_type *, &subtable->tag) =
1577         (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1578          ? tag_create_deterministic(hash)
1579          : TAG_ALL);
1580
1581     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1582         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1583                                                          cls->tries[i].field);
1584     }
1585
1586     /* Ports trie. */
1587     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1588     *CONST_CAST(int *, &subtable->ports_mask_len)
1589         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1590
1591     /* List of rules. */
1592     rculist_init(&subtable->rules_list);
1593
1594     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1595
1596     return subtable;
1597 }
1598
1599 /* RCU readers may still access the subtable before it is actually freed. */
1600 static void
1601 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1602 {
1603     int i;
1604
1605     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1606     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1607                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1608
1609     ovs_assert(ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, &subtable->ports_trie)
1610                == NULL);
1611     ovs_assert(cmap_is_empty(&subtable->rules));
1612     ovs_assert(rculist_is_empty(&subtable->rules_list));
1613
1614     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1615         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1616     }
1617     cmap_destroy(&subtable->rules);
1618     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1619 }
1620
1621 struct range {
1622     uint8_t start;
1623     uint8_t end;
1624 };
1625
1626 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1627
1628 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1629  * lookup results. */
1630 static inline bool
1631 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1632             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1633             const struct range ofs, const struct flow *flow,
1634             struct flow_wildcards *wc)
1635 {
1636     int j;
1637
1638     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1639      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1640      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1641     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1642         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1643         if (field_plen[j]) {
1644             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1645             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1646             uint8_t be64ofs = be32ofs / 2;
1647
1648             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1649             if (be64ofs >= ofs.start && be64ofs < ofs.end) {
1650                 /* On-demand trie lookup. */
1651                 if (!ctx->lookup_done) {
1652                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1653                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1654                                                 &ctx->match_plens);
1655                     ctx->lookup_done = true;
1656                 }
1657                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1658                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1659                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1660                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1661                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1662                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1663                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1664                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1665                      * packet.  Hence the checks below. */
1666
1667                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1668                      * than this subtable would otherwise. */
1669                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1670                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1671                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1672                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1673                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1674                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1675                         return true;
1676                     }
1677                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1678                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1679                         return true;
1680                     }
1681                 }
1682             }
1683         }
1684     }
1685     return false;
1686 }
1687
1688 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1689  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1690  * value has the correct value in 'target'.
1691  *
1692  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1693  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1694  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1695  * takes the 'wc'. */
1696 static inline bool
1697 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1698                                const struct minimask *mask,
1699                                const struct flow *target)
1700 {
1701     const uint64_t *flowp = flow->values;
1702     const uint64_t *maskp = mask->masks.values;
1703     int idx;
1704
1705     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1706         uint64_t diff = (*flowp++ ^ flow_u64_value(target, idx)) & *maskp++;
1707
1708         if (diff) {
1709             return false;
1710         }
1711     }
1712
1713     return true;
1714 }
1715
1716 static inline const struct cls_match *
1717 find_match(const struct cls_subtable *subtable, cls_version_t version,
1718            const struct flow *flow, uint32_t hash)
1719 {
1720     const struct cls_match *head, *rule;
1721
1722     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1723         if (OVS_LIKELY(miniflow_and_mask_matches_flow(&head->flow,
1724                                                       &subtable->mask,
1725                                                       flow))) {
1726             /* Return highest priority rule that is visible. */
1727             CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1728                 if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule, version))) {
1729                     return rule;
1730                 }
1731             }
1732         }
1733     }
1734
1735     return NULL;
1736 }
1737
1738 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1739  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1740  * value has the correct value in 'target'.
1741  *
1742  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1743  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1744 static inline bool
1745 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1746                                   const struct minimask *mask,
1747                                   const struct flow *target,
1748                                   struct flow_wildcards *wc)
1749 {
1750     const uint64_t *flowp = flow->values;
1751     const uint64_t *maskp = mask->masks.values;
1752     int idx;
1753
1754     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.map) {
1755         uint64_t mask = *maskp++;
1756         uint64_t diff = (*flowp++ ^ flow_u64_value(target, idx)) & mask;
1757
1758         if (diff) {
1759             /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1760              * exact-matched. */
1761             if (!(flow_u64_value(&wc->masks, idx) & diff)) {
1762                 /* Keep one bit of the difference.  The selected bit may be
1763                  * different in big-endian v.s. little-endian systems. */
1764                 *flow_u64_lvalue(&wc->masks, idx) |= rightmost_1bit(diff);
1765             }
1766             return false;
1767         }
1768         /* Fill in the bits that were looked at. */
1769         *flow_u64_lvalue(&wc->masks, idx) |= mask;
1770     }
1771
1772     return true;
1773 }
1774
1775 /* Unwildcard the fields looked up so far, if any. */
1776 static void
1777 fill_range_wc(const struct cls_subtable *subtable, struct flow_wildcards *wc,
1778               uint8_t to)
1779 {
1780     if (to) {
1781         flow_wildcards_fold_minimask_range(wc, &subtable->mask, 0, to);
1782     }
1783 }
1784
1785 static const struct cls_match *
1786 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, cls_version_t version,
1787               const struct flow *flow, struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES],
1788               unsigned int n_tries, struct flow_wildcards *wc)
1789 {
1790     uint32_t basis = 0, hash;
1791     const struct cls_match *rule = NULL;
1792     int i;
1793     struct range ofs;
1794
1795     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1796         return find_match(subtable, version, flow,
1797                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1798     }
1799
1800     ofs.start = 0;
1801     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1802     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1803         const struct cmap_node *inode;
1804
1805         ofs.end = subtable->index_ofs[i];
1806
1807         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow,
1808                         wc)) {
1809             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1810              * bits used so far. */
1811             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1812             return NULL;
1813         }
1814         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1815                                            ofs.end, &basis);
1816         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1817         if (!inode) {
1818             /* No match, can stop immediately, but must fold in the bits
1819              * used in lookup so far. */
1820             fill_range_wc(subtable, wc, ofs.end);
1821             return NULL;
1822         }
1823
1824         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1825          * that rule matches.  Either way, we're done.
1826          *
1827          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1828          * optimization. */
1829         if (!cmap_node_next(inode)) {
1830             const struct cls_match *head;
1831
1832             ASSIGN_CONTAINER(head, inode - i, index_nodes);
1833             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&head->flow, &subtable->mask,
1834                                                   flow, wc)) {
1835                 /* Return highest priority rule that is visible. */
1836                 CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1837                     if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule,
1838                                                                 version))) {
1839                         return rule;
1840                     }
1841                 }
1842             }
1843             return NULL;
1844         }
1845         ofs.start = ofs.end;
1846     }
1847     ofs.end = FLOW_U64S;
1848     /* Trie check for the final range. */
1849     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen, ofs, flow, wc)) {
1850         fill_range_wc(subtable, wc, ofs.start);
1851         return NULL;
1852     }
1853     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask, ofs.start,
1854                                        ofs.end, &basis);
1855     rule = find_match(subtable, version, flow, hash);
1856     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1857         /* Ports are always part of the final range, if any.
1858          * No match was found for the ports.  Use the ports trie to figure out
1859          * which ports bits to unwildcard. */
1860         unsigned int mbits;
1861         ovs_be32 value, plens, mask;
1862
1863         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1864         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1865         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1866
1867         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1868             mask & be32_prefix_mask(mbits);
1869
1870         /* Unwildcard all bits in the mask upto the ports, as they were used
1871          * to determine there is no match. */
1872         fill_range_wc(subtable, wc, TP_PORTS_OFS64);
1873         return NULL;
1874     }
1875
1876     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1877     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1878     return rule;
1879 }
1880
1881 static struct cls_match *
1882 find_equal(const struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1883            uint32_t hash)
1884 {
1885     struct cls_match *head;
1886
1887     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1888         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1889             return head;
1890         }
1891     }
1892     return NULL;
1893 }
1894 \f
1895 /* A longest-prefix match tree. */
1896
1897 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1898  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1899  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1900  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1901 static uint32_t
1902 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1903 {
1904     uint32_t prefix;
1905
1906     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1907     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1908
1909     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1910     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1911         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1912     }
1913     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1914     return prefix;
1915 }
1916
1917 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1918  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1919  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1920  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1921  * 'pr'". */
1922 static uint32_t
1923 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1924 {
1925     if (!plen) {
1926         return 0;
1927     }
1928     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1929         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1930     }
1931     /* Return with unwanted bits cleared. */
1932     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1933 }
1934
1935 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1936  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1937 static unsigned int
1938 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1939                   unsigned int ofs)
1940 {
1941     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1942     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1943     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1944 }
1945
1946 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
1947  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1948 static unsigned int
1949 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
1950                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
1951 {
1952     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
1953                              prefix, ofs);
1954 }
1955
1956 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
1957  * be greater than 31. */
1958 static unsigned int
1959 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
1960 {
1961     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
1962 }
1963
1964 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
1965  * be between 0 and 31, inclusive. */
1966 static unsigned int
1967 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
1968 {
1969     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
1970 }
1971
1972 /* Create new branch. */
1973 static struct trie_node *
1974 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
1975                    unsigned int n_rules)
1976 {
1977     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
1978
1979     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
1980
1981     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
1982         node->n_bits = plen;
1983         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
1984         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
1985         node->n_rules = n_rules;
1986     } else { /* Need intermediate nodes. */
1987         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
1988                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
1989                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
1990                                                        n_rules);
1991         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
1992         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
1993         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
1994         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
1995         node->n_rules = 0;
1996     }
1997     return node;
1998 }
1999
2000 static void
2001 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
2002 {
2003     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
2004 }
2005
2006 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
2007 static struct trie_node *
2008 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
2009 {
2010     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
2011
2012     *new_node = *node;
2013     trie_node_destroy(node);
2014
2015     return new_node;
2016 }
2017
2018 static void
2019 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
2020 {
2021     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
2022
2023     if (node) {
2024         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
2025         trie_destroy(&node->edges[0]);
2026         trie_destroy(&node->edges[1]);
2027         trie_node_destroy(node);
2028     }
2029 }
2030
2031 static bool
2032 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
2033 {
2034     /* No children? */
2035     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
2036         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
2037 }
2038
2039 static void
2040 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2041                      unsigned int n_bits)
2042 {
2043     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2044     unsigned int i;
2045
2046     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2047         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
2048     }
2049     if (n_bits % 32) {
2050         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2051     }
2052 }
2053
2054 static bool
2055 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2056                      unsigned int n_bits)
2057 {
2058     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2059     unsigned int i;
2060     ovs_be32 zeroes = 0;
2061
2062     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2063         zeroes |= ~mask[i];
2064     }
2065     if (n_bits % 32) {
2066         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2067     }
2068
2069     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
2070 }
2071
2072 static rcu_trie_ptr *
2073 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2074                unsigned int ofs)
2075 {
2076     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
2077 }
2078
2079 static const struct trie_node *
2080 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2081                unsigned int ofs)
2082 {
2083     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
2084                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
2085 }
2086
2087 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
2088  */
2089 static void
2090 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2091 {
2092     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
2093 }
2094
2095 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
2096  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2097  * matched.
2098  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2099  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2100  * calling this.
2101  */
2102 static unsigned int
2103 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2104                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2105 {
2106     const struct trie_node *prev = NULL;
2107     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2108     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2109
2110     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2111         unsigned int eqbits;
2112         /* Check if this edge can be followed. */
2113         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2114                                    match_len);
2115         match_len += eqbits;
2116         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2117             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2118             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2119         }
2120         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2121         if (node->n_rules > 0) {
2122             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2123         }
2124         if (match_len >= n_bits) {
2125             return n_bits; /* Full prefix. */
2126         }
2127     }
2128     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2129      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2130      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2131      * node). */
2132     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2133 }
2134
2135 static unsigned int
2136 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2137             union mf_value *plens)
2138 {
2139     const struct mf_field *mf = trie->field;
2140
2141     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2142      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2143      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2144     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2145         return trie_lookup_value(&trie->root,
2146                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2147                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2148     }
2149     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2150     return 0; /* Value not used in this case. */
2151 }
2152
2153 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2154  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2155  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2156 static unsigned int
2157 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2158                         const struct mf_field *mf)
2159 {
2160     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2161     uint8_t be32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2162     uint8_t be32_end = be32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2163
2164     for (; be32_ofs < be32_end; ++be32_ofs) {
2165         uint32_t mask = ntohl(minimask_get_be32(minimask, be32_ofs));
2166
2167         /* Validate mask, count the mask length. */
2168         if (mask_tz) {
2169             if (mask) {
2170                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2171             }
2172         } else {
2173             if (~mask & (~mask + 1)) {
2174                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2175             }
2176             mask_tz = ctz32(mask);
2177             n_bits += 32 - mask_tz;
2178         }
2179     }
2180
2181     return n_bits;
2182 }
2183
2184 /*
2185  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2186  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2187  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2188  * happened to be zeros.
2189  */
2190 static const ovs_be32 *
2191 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2192 {
2193     return (OVS_FORCE const ovs_be32 *)
2194         (match->flow->values
2195          + count_1bits(match->flow->map &
2196                        ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs / 2) - 1)))
2197         + (mf->flow_be32ofs & 1);
2198 }
2199
2200 /* Insert rule in to the prefix tree.
2201  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2202  * in 'rule'. */
2203 static void
2204 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2205 {
2206     trie_insert_prefix(&trie->root,
2207                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2208 }
2209
2210 static void
2211 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2212 {
2213     struct trie_node *node;
2214     int ofs = 0;
2215
2216     /* Walk the tree. */
2217     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2218          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2219         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2220         ofs += eqbits;
2221         if (eqbits < node->n_bits) {
2222             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2223             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2224             struct trie_node *new_parent;
2225
2226             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2227                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2228             /* Copy the node to modify it. */
2229             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2230             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2231             node->prefix <<= eqbits;
2232             node->n_bits -= eqbits;
2233             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2234
2235             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2236             if (ofs < mlen) {
2237                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2238                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2239                                                      1));
2240             }
2241             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2242             return;
2243         }
2244         /* Full match so far. */
2245
2246         if (ofs == mlen) {
2247             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2248             node->n_rules++;
2249             return;
2250         }
2251     }
2252     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2253     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2254 }
2255
2256 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2257  * in 'rule'. */
2258 static void
2259 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2260 {
2261     trie_remove_prefix(&trie->root,
2262                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2263 }
2264
2265 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2266  * in 'rule'. */
2267 static void
2268 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2269 {
2270     struct trie_node *node;
2271     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union mf_value) * 8];
2272     int depth = 0, ofs = 0;
2273
2274     /* Walk the tree. */
2275     for (edges[0] = root;
2276          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2277          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2278         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2279
2280         if (eqbits < node->n_bits) {
2281             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2282              * only rules in the classifier are ever removed. */
2283             break; /* Log a warning. */
2284         }
2285         /* Full match so far. */
2286         ofs += eqbits;
2287
2288         if (ofs == mlen) {
2289             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2290             if (!node->n_rules) {
2291                 break; /* Log a warning. */
2292             }
2293             node->n_rules--;
2294
2295             /* Check if can prune the tree. */
2296             while (!node->n_rules) {
2297                 struct trie_node *next,
2298                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2299                                                   &node->edges[0]),
2300                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2301                                                   &node->edges[1]);
2302
2303                 if (edge0 && edge1) {
2304                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2305                 }
2306
2307                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2308                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2309
2310                 if (next) {
2311                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2312                         break;   /* Cannot combine. */
2313                     }
2314                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2315
2316                     /* Combine node with next. */
2317                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2318                     next->n_bits += node->n_bits;
2319                 }
2320                 /* Update the parent's edge. */
2321                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2322                 trie_node_destroy(node);
2323
2324                 if (next || !depth) {
2325                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2326                     break;
2327                 }
2328                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2329                                             edges[--depth]);
2330             }
2331             return;
2332         }
2333     }
2334     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2335      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2336     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2337 }
2338 \f
2339
2340 #define CLS_MATCH_POISON (struct cls_match *)(UINTPTR_MAX / 0xf * 0xb)
2341
2342 void
2343 cls_match_free_cb(struct cls_match *rule)
2344 {
2345     ovsrcu_set_hidden(&rule->next, CLS_MATCH_POISON);
2346     free(rule);
2347 }