classifier: Pre-compute stage masks.
[cascardo/ovs.git] / lib / classifier.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 Nicira, Inc.
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at:
7  *
8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #include <config.h>
18 #include "classifier.h"
19 #include "classifier-private.h"
20 #include <errno.h>
21 #include <netinet/in.h>
22 #include "byte-order.h"
23 #include "dynamic-string.h"
24 #include "odp-util.h"
25 #include "ofp-util.h"
26 #include "packets.h"
27 #include "util.h"
28 #include "openvswitch/vlog.h"
29
30 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
31
32 struct trie_ctx;
33
34 /* A collection of "struct cls_conjunction"s currently embedded into a
35  * cls_match. */
36 struct cls_conjunction_set {
37     /* Link back to the cls_match.
38      *
39      * cls_conjunction_set is mostly used during classifier lookup, and, in
40      * turn, during classifier lookup the most used member of
41      * cls_conjunction_set is the rule's priority, so we cache it here for fast
42      * access. */
43     struct cls_match *match;
44     int priority;               /* Cached copy of match->priority. */
45
46     /* Conjunction information.
47      *
48      * 'min_n_clauses' allows some optimization during classifier lookup. */
49     unsigned int n;             /* Number of elements in 'conj'. */
50     unsigned int min_n_clauses; /* Smallest 'n' among elements of 'conj'. */
51     struct cls_conjunction conj[];
52 };
53
54 /* Ports trie depends on both ports sharing the same ovs_be32. */
55 #define TP_PORTS_OFS32 (offsetof(struct flow, tp_src) / 4)
56 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 == offsetof(struct flow, tp_dst) / 4);
57 BUILD_ASSERT_DECL(TP_PORTS_OFS32 % 2 == 0);
58 #define TP_PORTS_OFS64 (TP_PORTS_OFS32 / 2)
59
60 static size_t
61 cls_conjunction_set_size(size_t n)
62 {
63     return (sizeof(struct cls_conjunction_set)
64             + n * sizeof(struct cls_conjunction));
65 }
66
67 static struct cls_conjunction_set *
68 cls_conjunction_set_alloc(struct cls_match *match,
69                           const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
70 {
71     if (n) {
72         size_t min_n_clauses = conj[0].n_clauses;
73         for (size_t i = 1; i < n; i++) {
74             min_n_clauses = MIN(min_n_clauses, conj[i].n_clauses);
75         }
76
77         struct cls_conjunction_set *set = xmalloc(cls_conjunction_set_size(n));
78         set->match = match;
79         set->priority = match->priority;
80         set->n = n;
81         set->min_n_clauses = min_n_clauses;
82         memcpy(set->conj, conj, n * sizeof *conj);
83         return set;
84     } else {
85         return NULL;
86     }
87 }
88
89 static struct cls_match *
90 cls_match_alloc(const struct cls_rule *rule, cls_version_t version,
91                 const struct cls_conjunction conj[], size_t n)
92 {
93     size_t count = miniflow_n_values(rule->match.flow);
94
95     struct cls_match *cls_match
96         = xmalloc(sizeof *cls_match + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
97
98     ovsrcu_init(&cls_match->next, NULL);
99     *CONST_CAST(const struct cls_rule **, &cls_match->cls_rule) = rule;
100     *CONST_CAST(int *, &cls_match->priority) = rule->priority;
101     *CONST_CAST(cls_version_t *, &cls_match->add_version) = version;
102     atomic_init(&cls_match->remove_version, version);   /* Initially
103                                                          * invisible. */
104     miniflow_clone(CONST_CAST(struct miniflow *, &cls_match->flow),
105                    rule->match.flow, count);
106     ovsrcu_set_hidden(&cls_match->conj_set,
107                       cls_conjunction_set_alloc(cls_match, conj, n));
108
109     return cls_match;
110 }
111
112 static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *cls,
113                                           const struct minimask *);
114 static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *cls,
115                                             const struct minimask *);
116 static void destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *);
117
118 static const struct cls_match *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
119                                              cls_version_t version,
120                                              const struct flow *,
121                                              struct trie_ctx *,
122                                              unsigned int n_tries,
123                                              struct flow_wildcards *);
124 static struct cls_match *find_equal(const struct cls_subtable *,
125                                     const struct miniflow *, uint32_t hash);
126
127 /* Return the next visible (lower-priority) rule in the list.  Multiple
128  * identical rules with the same priority may exist transitionally, but when
129  * versioning is used at most one of them is ever visible for lookups on any
130  * given 'version'. */
131 static inline const struct cls_match *
132 next_visible_rule_in_list(const struct cls_match *rule, cls_version_t version)
133 {
134     do {
135         rule = cls_match_next(rule);
136     } while (rule && !cls_match_visible_in_version(rule, version));
137
138     return rule;
139 }
140
141 /* Type with maximum supported prefix length. */
142 union trie_prefix {
143     struct in6_addr ipv6;  /* For sizing. */
144     ovs_be32 be32;         /* For access. */
145 };
146
147 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
148                                             const struct mf_field *);
149 static void trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
150                       const struct mf_field *);
151 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
152                                 union trie_prefix *plens);
153 static unsigned int trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *,
154                                       const ovs_be32 value[], ovs_be32 plens[],
155                                       unsigned int value_bits);
156 static void trie_destroy(rcu_trie_ptr *);
157 static void trie_insert(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
158 static void trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
159                                int mlen);
160 static void trie_remove(struct cls_trie *, const struct cls_rule *, int mlen);
161 static void trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *, const ovs_be32 *prefix,
162                                int mlen);
163 static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
164                                  unsigned int n_bits);
165 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
166                                  uint8_t be32ofs, unsigned int n_bits);
167 \f
168 /* cls_rule. */
169
170 static inline void
171 cls_rule_init__(struct cls_rule *rule, unsigned int priority)
172 {
173     rculist_init(&rule->node);
174     *CONST_CAST(int *, &rule->priority) = priority;
175     rule->cls_match = NULL;
176 }
177
178 /* Initializes 'rule' to match packets specified by 'match' at the given
179  * 'priority'.  'match' must satisfy the invariant described in the comment at
180  * the definition of struct match.
181  *
182  * The caller must eventually destroy 'rule' with cls_rule_destroy().
183  *
184  * Clients should not use priority INT_MIN.  (OpenFlow uses priorities between
185  * 0 and UINT16_MAX, inclusive.) */
186 void
187 cls_rule_init(struct cls_rule *rule, const struct match *match, int priority)
188 {
189     cls_rule_init__(rule, priority);
190     minimatch_init(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
191 }
192
193 /* Same as cls_rule_init() for initialization from a "struct minimatch". */
194 void
195 cls_rule_init_from_minimatch(struct cls_rule *rule,
196                              const struct minimatch *match, int priority)
197 {
198     cls_rule_init__(rule, priority);
199     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match), match);
200 }
201
202 /* Initializes 'dst' as a copy of 'src'.
203  *
204  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
205 void
206 cls_rule_clone(struct cls_rule *dst, const struct cls_rule *src)
207 {
208     cls_rule_init__(dst, src->priority);
209     minimatch_clone(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match), &src->match);
210 }
211
212 /* Initializes 'dst' with the data in 'src', destroying 'src'.
213  *
214  * 'src' must be a cls_rule NOT in a classifier.
215  *
216  * The caller must eventually destroy 'dst' with cls_rule_destroy(). */
217 void
218 cls_rule_move(struct cls_rule *dst, struct cls_rule *src)
219 {
220     cls_rule_init__(dst, src->priority);
221     minimatch_move(CONST_CAST(struct minimatch *, &dst->match),
222                    CONST_CAST(struct minimatch *, &src->match));
223 }
224
225 /* Frees memory referenced by 'rule'.  Doesn't free 'rule' itself (it's
226  * normally embedded into a larger structure).
227  *
228  * ('rule' must not currently be in a classifier.) */
229 void
230 cls_rule_destroy(struct cls_rule *rule)
231     OVS_NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS
232 {
233     ovs_assert(!rule->cls_match);   /* Must not be in a classifier. */
234
235     /* Check that the rule has been properly removed from the classifier. */
236     ovs_assert(rule->node.prev == RCULIST_POISON
237                || rculist_is_empty(&rule->node));
238     rculist_poison__(&rule->node);   /* Poisons also the next pointer. */
239
240     minimatch_destroy(CONST_CAST(struct minimatch *, &rule->match));
241 }
242
243 void
244 cls_rule_set_conjunctions(struct cls_rule *cr,
245                           const struct cls_conjunction *conj, size_t n)
246 {
247     struct cls_match *match = cr->cls_match;
248     struct cls_conjunction_set *old
249         = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
250     struct cls_conjunction *old_conj = old ? old->conj : NULL;
251     unsigned int old_n = old ? old->n : 0;
252
253     if (old_n != n || (n && memcmp(old_conj, conj, n * sizeof *conj))) {
254         if (old) {
255             ovsrcu_postpone(free, old);
256         }
257         ovsrcu_set(&match->conj_set,
258                    cls_conjunction_set_alloc(match, conj, n));
259     }
260 }
261
262
263 /* Returns true if 'a' and 'b' match the same packets at the same priority,
264  * false if they differ in some way. */
265 bool
266 cls_rule_equal(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b)
267 {
268     return a->priority == b->priority && minimatch_equal(&a->match, &b->match);
269 }
270
271 /* Appends a string describing 'rule' to 's'. */
272 void
273 cls_rule_format(const struct cls_rule *rule, struct ds *s)
274 {
275     minimatch_format(&rule->match, s, rule->priority);
276 }
277
278 /* Returns true if 'rule' matches every packet, false otherwise. */
279 bool
280 cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
281 {
282     return minimask_is_catchall(rule->match.mask);
283 }
284
285 /* Makes 'rule' invisible in 'remove_version'.  Once that version is used in
286  * lookups, the caller should remove 'rule' via ovsrcu_postpone().
287  *
288  * 'rule' must be in a classifier. */
289 void
290 cls_rule_make_invisible_in_version(const struct cls_rule *rule,
291                                    cls_version_t remove_version)
292 {
293     ovs_assert(remove_version >= rule->cls_match->add_version);
294
295     cls_match_set_remove_version(rule->cls_match, remove_version);
296 }
297
298 /* This undoes the change made by cls_rule_make_invisible_in_version().
299  *
300  * 'rule' must be in a classifier. */
301 void
302 cls_rule_restore_visibility(const struct cls_rule *rule)
303 {
304     cls_match_set_remove_version(rule->cls_match, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
305 }
306
307 /* Return true if 'rule' is visible in 'version'.
308  *
309  * 'rule' must be in a classifier. */
310 bool
311 cls_rule_visible_in_version(const struct cls_rule *rule, cls_version_t version)
312 {
313     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version);
314 }
315 \f
316 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
317  * rules. */
318 void
319 classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
320 {
321     cls->n_rules = 0;
322     cmap_init(&cls->subtables_map);
323     pvector_init(&cls->subtables);
324     cmap_init(&cls->partitions);
325     cls->n_flow_segments = 0;
326     if (flow_segments) {
327         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
328                && *flow_segments < FLOW_U64S) {
329             cls->flow_segments[cls->n_flow_segments++] = *flow_segments++;
330         }
331     }
332     cls->n_tries = 0;
333     for (int i = 0; i < CLS_MAX_TRIES; i++) {
334         trie_init(cls, i, NULL);
335     }
336     cls->publish = true;
337 }
338
339 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
340  * caller's responsibility.
341  * May only be called after all the readers have been terminated. */
342 void
343 classifier_destroy(struct classifier *cls)
344 {
345     if (cls) {
346         struct cls_partition *partition;
347         struct cls_subtable *subtable;
348         int i;
349
350         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
351             trie_destroy(&cls->tries[i].root);
352         }
353
354         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
355             destroy_subtable(cls, subtable);
356         }
357         cmap_destroy(&cls->subtables_map);
358
359         CMAP_FOR_EACH (partition, cmap_node, &cls->partitions) {
360             ovsrcu_postpone(free, partition);
361         }
362         cmap_destroy(&cls->partitions);
363
364         pvector_destroy(&cls->subtables);
365     }
366 }
367
368 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
369 bool
370 classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
371                              const enum mf_field_id *trie_fields,
372                              unsigned int n_fields)
373 {
374     const struct mf_field * new_fields[CLS_MAX_TRIES];
375     struct mf_bitmap fields = MF_BITMAP_INITIALIZER;
376     int i, n_tries = 0;
377     bool changed = false;
378
379     for (i = 0; i < n_fields && n_tries < CLS_MAX_TRIES; i++) {
380         const struct mf_field *field = mf_from_id(trie_fields[i]);
381         if (field->flow_be32ofs < 0 || field->n_bits % 32) {
382             /* Incompatible field.  This is the only place where we
383              * enforce these requirements, but the rest of the trie code
384              * depends on the flow_be32ofs to be non-negative and the
385              * field length to be a multiple of 32 bits. */
386             continue;
387         }
388
389         if (bitmap_is_set(fields.bm, trie_fields[i])) {
390             /* Duplicate field, there is no need to build more than
391              * one index for any one field. */
392             continue;
393         }
394         bitmap_set1(fields.bm, trie_fields[i]);
395
396         new_fields[n_tries] = NULL;
397         if (n_tries >= cls->n_tries || field != cls->tries[n_tries].field) {
398             new_fields[n_tries] = field;
399             changed = true;
400         }
401         n_tries++;
402     }
403
404     if (changed || n_tries < cls->n_tries) {
405         struct cls_subtable *subtable;
406
407         /* Trie configuration needs to change.  Disable trie lookups
408          * for the tries that are changing and wait all the current readers
409          * with the old configuration to be done. */
410         changed = false;
411         CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
412             for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
413                 if ((i < n_tries && new_fields[i]) || i >= n_tries) {
414                     if (subtable->trie_plen[i]) {
415                         subtable->trie_plen[i] = 0;
416                         changed = true;
417                     }
418                 }
419             }
420         }
421         /* Synchronize if any readers were using tries.  The readers may
422          * temporarily function without the trie lookup based optimizations. */
423         if (changed) {
424             /* ovsrcu_synchronize() functions as a memory barrier, so it does
425              * not matter that subtable->trie_plen is not atomic. */
426             ovsrcu_synchronize();
427         }
428
429         /* Now set up the tries. */
430         for (i = 0; i < n_tries; i++) {
431             if (new_fields[i]) {
432                 trie_init(cls, i, new_fields[i]);
433             }
434         }
435         /* Destroy the rest, if any. */
436         for (; i < cls->n_tries; i++) {
437             trie_init(cls, i, NULL);
438         }
439
440         cls->n_tries = n_tries;
441         return true;
442     }
443
444     return false; /* No change. */
445 }
446
447 static void
448 trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx, const struct mf_field *field)
449 {
450     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
451     struct cls_subtable *subtable;
452
453     if (trie_idx < cls->n_tries) {
454         trie_destroy(&trie->root);
455     } else {
456         ovsrcu_set_hidden(&trie->root, NULL);
457     }
458     trie->field = field;
459
460     /* Add existing rules to the new trie. */
461     CMAP_FOR_EACH (subtable, cmap_node, &cls->subtables_map) {
462         unsigned int plen;
463
464         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
465         if (plen) {
466             struct cls_match *head;
467
468             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
469                 trie_insert(trie, head->cls_rule, plen);
470             }
471         }
472         /* Initialize subtable's prefix length on this field.  This will
473          * allow readers to use the trie. */
474         atomic_thread_fence(memory_order_release);
475         subtable->trie_plen[trie_idx] = plen;
476     }
477 }
478
479 /* Returns true if 'cls' contains no classification rules, false otherwise.
480  * Checking the cmap requires no locking. */
481 bool
482 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
483 {
484     return cmap_is_empty(&cls->subtables_map);
485 }
486
487 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
488 int
489 classifier_count(const struct classifier *cls)
490 {
491     /* n_rules is an int, so in the presence of concurrent writers this will
492      * return either the old or a new value. */
493     return cls->n_rules;
494 }
495
496 static uint32_t
497 hash_metadata(ovs_be64 metadata)
498 {
499     return hash_uint64((OVS_FORCE uint64_t) metadata);
500 }
501
502 static struct cls_partition *
503 find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
504 {
505     struct cls_partition *partition;
506
507     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (partition, cmap_node, hash, &cls->partitions) {
508         if (partition->metadata == metadata) {
509             return partition;
510         }
511     }
512
513     return NULL;
514 }
515
516 static struct cls_partition *
517 create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
518                  ovs_be64 metadata)
519 {
520     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
521     struct cls_partition *partition = find_partition(cls, metadata, hash);
522     if (!partition) {
523         partition = xmalloc(sizeof *partition);
524         partition->metadata = metadata;
525         partition->tags = 0;
526         tag_tracker_init(&partition->tracker);
527         cmap_insert(&cls->partitions, &partition->cmap_node, hash);
528     }
529     tag_tracker_add(&partition->tracker, &partition->tags, subtable->tag);
530     return partition;
531 }
532
533 static inline ovs_be32 minimatch_get_ports(const struct minimatch *match)
534 {
535     /* Could optimize to use the same map if needed for fast path. */
536     return MINIFLOW_GET_BE32(match->flow, tp_src)
537         & MINIFLOW_GET_BE32(&match->mask->masks, tp_src);
538 }
539
540 static void
541 subtable_replace_head_rule(struct classifier *cls OVS_UNUSED,
542                            struct cls_subtable *subtable,
543                            struct cls_match *head, struct cls_match *new,
544                            uint32_t hash, uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES])
545 {
546     /* Rule's data is already in the tries. */
547
548     new->partition = head->partition; /* Steal partition, if any. */
549     head->partition = NULL;
550
551     for (int i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
552         cmap_replace(&subtable->indices[i], &head->index_nodes[i],
553                      &new->index_nodes[i], ihash[i]);
554     }
555     cmap_replace(&subtable->rules, &head->cmap_node, &new->cmap_node, hash);
556 }
557
558 /* Inserts 'rule' into 'cls' in 'version'.  Until 'rule' is removed from 'cls',
559  * the caller must not modify or free it.
560  *
561  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
562  * fixed fields, and priority) that is visible in 'version', replaces the old
563  * rule by 'rule' and returns the rule that was replaced.  The caller takes
564  * ownership of the returned rule and is thus responsible for destroying it
565  * with cls_rule_destroy(), after RCU grace period has passed (see
566  * ovsrcu_postpone()).
567  *
568  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
569  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
570  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
571  * superset of their flows and has higher priority.
572  */
573 const struct cls_rule *
574 classifier_replace(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
575                    cls_version_t version,
576                    const struct cls_conjunction *conjs, size_t n_conjs)
577 {
578     struct cls_match *new;
579     struct cls_subtable *subtable;
580     uint32_t ihash[CLS_MAX_INDICES];
581     struct cls_match *head;
582     unsigned int mask_offset;
583     size_t n_rules = 0;
584     uint32_t basis;
585     uint32_t hash;
586     unsigned int i;
587
588     /* 'new' is initially invisible to lookups. */
589     new = cls_match_alloc(rule, version, conjs, n_conjs);
590
591     CONST_CAST(struct cls_rule *, rule)->cls_match = new;
592
593     subtable = find_subtable(cls, rule->match.mask);
594     if (!subtable) {
595         subtable = insert_subtable(cls, rule->match.mask);
596     }
597
598     /* Compute hashes in segments. */
599     basis = 0;
600     mask_offset = 0;
601     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
602         ihash[i] = minimatch_hash_range(&rule->match, &subtable->index_maps[i],
603                                         &mask_offset, &basis);
604     }
605     hash = minimatch_hash_range(&rule->match, &subtable->index_maps[i],
606                                 &mask_offset, &basis);
607
608     head = find_equal(subtable, rule->match.flow, hash);
609     if (!head) {
610         /* Add rule to tries.
611          *
612          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
613          * which might require being fixed up by revalidation later. */
614         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
615             if (subtable->trie_plen[i]) {
616                 trie_insert(&cls->tries[i], rule, subtable->trie_plen[i]);
617             }
618         }
619
620         /* Add rule to ports trie. */
621         if (subtable->ports_mask_len) {
622             /* We mask the value to be inserted to always have the wildcarded
623              * bits in known (zero) state, so we can include them in comparison
624              * and they will always match (== their original value does not
625              * matter). */
626             ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&rule->match);
627
628             trie_insert_prefix(&subtable->ports_trie, &masked_ports,
629                                subtable->ports_mask_len);
630         }
631
632         /* Add rule to partitions.
633          *
634          * Concurrent readers might miss seeing the rule until this update,
635          * which might require being fixed up by revalidation later. */
636         new->partition = NULL;
637         if (minimask_get_metadata_mask(rule->match.mask) == OVS_BE64_MAX) {
638             ovs_be64 metadata = miniflow_get_metadata(rule->match.flow);
639
640             new->partition = create_partition(cls, subtable, metadata);
641         }
642
643         /* Add new node to segment indices.
644          *
645          * Readers may find the rule in the indices before the rule is visible
646          * in the subtables 'rules' map.  This may result in us losing the
647          * opportunity to quit lookups earlier, resulting in sub-optimal
648          * wildcarding.  This will be fixed later by revalidation (always
649          * scheduled after flow table changes). */
650         for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
651             cmap_insert(&subtable->indices[i], &new->index_nodes[i], ihash[i]);
652         }
653         n_rules = cmap_insert(&subtable->rules, &new->cmap_node, hash);
654     } else {   /* Equal rules exist in the classifier already. */
655         struct cls_match *prev, *iter;
656
657         /* Scan the list for the insertion point that will keep the list in
658          * order of decreasing priority.  Insert after rules marked invisible
659          * in any version of the same priority. */
660         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
661             if (rule->priority > iter->priority
662                 || (rule->priority == iter->priority
663                     && !cls_match_is_eventually_invisible(iter))) {
664                 break;
665             }
666         }
667
668         /* Replace 'iter' with 'new' or insert 'new' between 'prev' and
669          * 'iter'. */
670         if (iter) {
671             struct cls_rule *old;
672
673             if (rule->priority == iter->priority) {
674                 cls_match_replace(prev, iter, new);
675                 old = CONST_CAST(struct cls_rule *, iter->cls_rule);
676             } else {
677                 cls_match_insert(prev, iter, new);
678                 old = NULL;
679             }
680
681             /* Replace the existing head in data structures, if rule is the new
682              * head. */
683             if (iter == head) {
684                 subtable_replace_head_rule(cls, subtable, head, new, hash,
685                                            ihash);
686             }
687
688             if (old) {
689                 struct cls_conjunction_set *conj_set;
690
691                 conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
692                                                 &iter->conj_set);
693                 if (conj_set) {
694                     ovsrcu_postpone(free, conj_set);
695                 }
696
697                 ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, iter);
698                 old->cls_match = NULL;
699
700                 /* No change in subtable's max priority or max count. */
701
702                 /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
703                 cls_match_set_remove_version(new, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
704
705                 /* Make rule visible to iterators (immediately). */
706                 rculist_replace(CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node),
707                                 &old->node);
708
709                 /* Return displaced rule.  Caller is responsible for keeping it
710                  * around until all threads quiesce. */
711                 return old;
712             }
713         } else {
714             /* 'new' is new node after 'prev' */
715             cls_match_insert(prev, iter, new);
716         }
717     }
718
719     /* Make 'new' visible to lookups in the appropriate version. */
720     cls_match_set_remove_version(new, CLS_NOT_REMOVED_VERSION);
721
722     /* Make rule visible to iterators (immediately). */
723     rculist_push_back(&subtable->rules_list,
724                       CONST_CAST(struct rculist *, &rule->node));
725
726     /* Rule was added, not replaced.  Update 'subtable's 'max_priority' and
727      * 'max_count', if necessary.
728      *
729      * The rule was already inserted, but concurrent readers may not see the
730      * rule yet as the subtables vector is not updated yet.  This will have to
731      * be fixed by revalidation later. */
732     if (n_rules == 1) {
733         subtable->max_priority = rule->priority;
734         subtable->max_count = 1;
735         pvector_insert(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
736     } else if (rule->priority == subtable->max_priority) {
737         ++subtable->max_count;
738     } else if (rule->priority > subtable->max_priority) {
739         subtable->max_priority = rule->priority;
740         subtable->max_count = 1;
741         pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, rule->priority);
742     }
743
744     /* Nothing was replaced. */
745     cls->n_rules++;
746
747     if (cls->publish) {
748         pvector_publish(&cls->subtables);
749     }
750
751     return NULL;
752 }
753
754 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Until 'rule' is removed from 'cls', the caller
755  * must not modify or free it.
756  *
757  * 'cls' must not contain an identical rule (including wildcards, values of
758  * fixed fields, and priority).  Use classifier_find_rule_exactly() to find
759  * such a rule. */
760 void
761 classifier_insert(struct classifier *cls, const struct cls_rule *rule,
762                   cls_version_t version, const struct cls_conjunction conj[],
763                   size_t n_conj)
764 {
765     const struct cls_rule *displaced_rule
766         = classifier_replace(cls, rule, version, conj, n_conj);
767     ovs_assert(!displaced_rule);
768 }
769
770 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is the caller's responsibility to destroy
771  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
772  * resides, etc., as necessary.
773  *
774  * Does nothing if 'rule' has been already removed, or was never inserted.
775  *
776  * Returns the removed rule, or NULL, if it was already removed.
777  */
778 const struct cls_rule *
779 classifier_remove(struct classifier *cls, const struct cls_rule *cls_rule)
780 {
781     struct cls_match *rule, *prev, *next, *head;
782     struct cls_partition *partition;
783     struct cls_conjunction_set *conj_set;
784     struct cls_subtable *subtable;
785     uint32_t basis = 0, hash, ihash[CLS_MAX_INDICES];
786     unsigned int mask_offset;
787     size_t n_rules;
788     unsigned int i;
789
790     rule = cls_rule->cls_match;
791     if (!rule) {
792         return NULL;
793     }
794     /* Mark as removed. */
795     CONST_CAST(struct cls_rule *, cls_rule)->cls_match = NULL;
796
797     /* Remove 'cls_rule' from the subtable's rules list. */
798     rculist_remove(CONST_CAST(struct rculist *, &cls_rule->node));
799
800     subtable = find_subtable(cls, cls_rule->match.mask);
801     ovs_assert(subtable);
802
803     mask_offset = 0;
804     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
805         ihash[i] = minimatch_hash_range(&cls_rule->match,
806                                         &subtable->index_maps[i],
807                                         &mask_offset, &basis);
808     }
809     hash = minimatch_hash_range(&cls_rule->match, &subtable->index_maps[i],
810                                 &mask_offset, &basis);
811
812     head = find_equal(subtable, cls_rule->match.flow, hash);
813
814     /* Check if the rule is not the head rule. */
815     if (rule != head) {
816         struct cls_match *iter;
817
818         /* Not the head rule, but potentially one with the same priority. */
819         /* Remove from the list of equal rules. */
820         FOR_EACH_RULE_IN_LIST_PROTECTED (iter, prev, head) {
821             if (rule == iter) {
822                 break;
823             }
824         }
825         ovs_assert(iter == rule);
826
827         cls_match_remove(prev, rule);
828
829         goto check_priority;
830     }
831
832     /* 'rule' is the head rule.  Check if there is another rule to
833      * replace 'rule' in the data structures. */
834     next = cls_match_next_protected(rule);
835     if (next) {
836         subtable_replace_head_rule(cls, subtable, rule, next, hash, ihash);
837         goto check_priority;
838     }
839
840     /* 'rule' is last of the kind in the classifier, must remove from all the
841      * data structures. */
842
843     if (subtable->ports_mask_len) {
844         ovs_be32 masked_ports = minimatch_get_ports(&cls_rule->match);
845
846         trie_remove_prefix(&subtable->ports_trie,
847                            &masked_ports, subtable->ports_mask_len);
848     }
849     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
850         if (subtable->trie_plen[i]) {
851             trie_remove(&cls->tries[i], cls_rule, subtable->trie_plen[i]);
852         }
853     }
854
855     /* Remove rule node from indices. */
856     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
857         cmap_remove(&subtable->indices[i], &rule->index_nodes[i], ihash[i]);
858     }
859     n_rules = cmap_remove(&subtable->rules, &rule->cmap_node, hash);
860
861     partition = rule->partition;
862     if (partition) {
863         tag_tracker_subtract(&partition->tracker, &partition->tags,
864                              subtable->tag);
865         if (!partition->tags) {
866             cmap_remove(&cls->partitions, &partition->cmap_node,
867                         hash_metadata(partition->metadata));
868             ovsrcu_postpone(free, partition);
869         }
870     }
871
872     if (n_rules == 0) {
873         destroy_subtable(cls, subtable);
874     } else {
875 check_priority:
876         if (subtable->max_priority == rule->priority
877             && --subtable->max_count == 0) {
878             /* Find the new 'max_priority' and 'max_count'. */
879             int max_priority = INT_MIN;
880             struct cls_match *head;
881
882             CMAP_FOR_EACH (head, cmap_node, &subtable->rules) {
883                 if (head->priority > max_priority) {
884                     max_priority = head->priority;
885                     subtable->max_count = 1;
886                 } else if (head->priority == max_priority) {
887                     ++subtable->max_count;
888                 }
889             }
890             subtable->max_priority = max_priority;
891             pvector_change_priority(&cls->subtables, subtable, max_priority);
892         }
893     }
894
895     if (cls->publish) {
896         pvector_publish(&cls->subtables);
897     }
898
899     /* free the rule. */
900     conj_set = ovsrcu_get_protected(struct cls_conjunction_set *,
901                                     &rule->conj_set);
902     if (conj_set) {
903         ovsrcu_postpone(free, conj_set);
904     }
905     ovsrcu_postpone(cls_match_free_cb, rule);
906     cls->n_rules--;
907
908     return cls_rule;
909 }
910
911 /* Prefix tree context.  Valid when 'lookup_done' is true.  Can skip all
912  * subtables which have a prefix match on the trie field, but whose prefix
913  * length is not indicated in 'match_plens'.  For example, a subtable that
914  * has a 8-bit trie field prefix match can be skipped if
915  * !be_get_bit_at(&match_plens, 8 - 1).  If skipped, 'maskbits' prefix bits
916  * must be unwildcarded to make datapath flow only match packets it should. */
917 struct trie_ctx {
918     const struct cls_trie *trie;
919     bool lookup_done;        /* Status of the lookup. */
920     uint8_t be32ofs;         /* U32 offset of the field in question. */
921     unsigned int maskbits;   /* Prefix length needed to avoid false matches. */
922     union trie_prefix match_plens;  /* Bitmask of prefix lengths with possible
923                                      * matches. */
924 };
925
926 static void
927 trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
928 {
929     ctx->trie = trie;
930     ctx->be32ofs = trie->field->flow_be32ofs;
931     ctx->lookup_done = false;
932 }
933
934 struct conjunctive_match {
935     struct hmap_node hmap_node;
936     uint32_t id;
937     uint64_t clauses;
938 };
939
940 static struct conjunctive_match *
941 find_conjunctive_match__(struct hmap *matches, uint64_t id, uint32_t hash)
942 {
943     struct conjunctive_match *m;
944
945     HMAP_FOR_EACH_IN_BUCKET (m, hmap_node, hash, matches) {
946         if (m->id == id) {
947             return m;
948         }
949     }
950     return NULL;
951 }
952
953 static bool
954 find_conjunctive_match(const struct cls_conjunction_set *set,
955                        unsigned int max_n_clauses, struct hmap *matches,
956                        struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs,
957                        uint32_t *idp)
958 {
959     const struct cls_conjunction *c;
960
961     if (max_n_clauses < set->min_n_clauses) {
962         return false;
963     }
964
965     for (c = set->conj; c < &set->conj[set->n]; c++) {
966         struct conjunctive_match *cm;
967         uint32_t hash;
968
969         if (c->n_clauses > max_n_clauses) {
970             continue;
971         }
972
973         hash = hash_int(c->id, 0);
974         cm = find_conjunctive_match__(matches, c->id, hash);
975         if (!cm) {
976             size_t n = hmap_count(matches);
977
978             cm = n < n_cm_stubs ? &cm_stubs[n] : xmalloc(sizeof *cm);
979             hmap_insert(matches, &cm->hmap_node, hash);
980             cm->id = c->id;
981             cm->clauses = UINT64_MAX << (c->n_clauses & 63);
982         }
983         cm->clauses |= UINT64_C(1) << c->clause;
984         if (cm->clauses == UINT64_MAX) {
985             *idp = cm->id;
986             return true;
987         }
988     }
989     return false;
990 }
991
992 static void
993 free_conjunctive_matches(struct hmap *matches,
994                          struct conjunctive_match *cm_stubs, size_t n_cm_stubs)
995 {
996     if (hmap_count(matches) > n_cm_stubs) {
997         struct conjunctive_match *cm, *next;
998
999         HMAP_FOR_EACH_SAFE (cm, next, hmap_node, matches) {
1000             if (!(cm >= cm_stubs && cm < &cm_stubs[n_cm_stubs])) {
1001                 free(cm);
1002             }
1003         }
1004     }
1005     hmap_destroy(matches);
1006 }
1007
1008 /* Like classifier_lookup(), except that support for conjunctive matches can be
1009  * configured with 'allow_conjunctive_matches'.  That feature is not exposed
1010  * externally because turning off conjunctive matches is only useful to avoid
1011  * recursion within this function itself.
1012  *
1013  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1014  * Any changes are restored before returning. */
1015 static const struct cls_rule *
1016 classifier_lookup__(const struct classifier *cls, cls_version_t version,
1017                     struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc,
1018                     bool allow_conjunctive_matches)
1019 {
1020     const struct cls_partition *partition;
1021     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
1022     const struct cls_match *match;
1023     tag_type tags;
1024
1025     /* Highest-priority flow in 'cls' that certainly matches 'flow'. */
1026     const struct cls_match *hard = NULL;
1027     int hard_pri = INT_MIN;     /* hard ? hard->priority : INT_MIN. */
1028
1029     /* Highest-priority conjunctive flows in 'cls' matching 'flow'.  Since
1030      * these are (components of) conjunctive flows, we can only know whether
1031      * the full conjunctive flow matches after seeing multiple of them.  Thus,
1032      * we refer to these as "soft matches". */
1033     struct cls_conjunction_set *soft_stub[64];
1034     struct cls_conjunction_set **soft = soft_stub;
1035     size_t n_soft = 0, allocated_soft = ARRAY_SIZE(soft_stub);
1036     int soft_pri = INT_MIN;    /* n_soft ? MAX(soft[*]->priority) : INT_MIN. */
1037
1038     /* Synchronize for cls->n_tries and subtable->trie_plen.  They can change
1039      * when table configuration changes, which happens typically only on
1040      * startup. */
1041     atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
1042
1043     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
1044      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
1045      *
1046      *     - If flow->metadata maps to a given 'partition', then we can use
1047      *       'tags' for 'partition->tags'.
1048      *
1049      *     - If flow->metadata has no partition, then no rule in 'cls' has an
1050      *       exact-match for flow->metadata.  That means that we don't need to
1051      *       search any subtable that includes flow->metadata in its mask.
1052      *
1053      * In either case, we always need to search any cls_subtables that do not
1054      * include flow->metadata in its mask.  One way to do that would be to
1055      * check the "cls_subtable"s explicitly for that, but that would require an
1056      * extra branch per subtable.  Instead, we mark such a cls_subtable's
1057      * 'tags' as TAG_ALL and make sure that 'tags' is never empty.  This means
1058      * that 'tags' always intersects such a cls_subtable's 'tags', so we don't
1059      * need a special case.
1060      */
1061     partition = (cmap_is_empty(&cls->partitions)
1062                  ? NULL
1063                  : find_partition(cls, flow->metadata,
1064                                   hash_metadata(flow->metadata)));
1065     tags = partition ? partition->tags : TAG_ARBITRARY;
1066
1067     /* Initialize trie contexts for find_match_wc(). */
1068     for (int i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1069         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
1070     }
1071
1072     /* Main loop. */
1073     struct cls_subtable *subtable;
1074     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, hard_pri, 2, sizeof *subtable,
1075                                &cls->subtables) {
1076         struct cls_conjunction_set *conj_set;
1077
1078         /* Skip subtables not in our partition. */
1079         if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
1080             continue;
1081         }
1082
1083         /* Skip subtables with no match, or where the match is lower-priority
1084          * than some certain match we've already found. */
1085         match = find_match_wc(subtable, version, flow, trie_ctx, cls->n_tries,
1086                               wc);
1087         if (!match || match->priority <= hard_pri) {
1088             continue;
1089         }
1090
1091         conj_set = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *, &match->conj_set);
1092         if (!conj_set) {
1093             /* 'match' isn't part of a conjunctive match.  It's the best
1094              * certain match we've got so far, since we know that it's
1095              * higher-priority than hard_pri.
1096              *
1097              * (There might be a higher-priority conjunctive match.  We can't
1098              * tell yet.) */
1099             hard = match;
1100             hard_pri = hard->priority;
1101         } else if (allow_conjunctive_matches) {
1102             /* 'match' is part of a conjunctive match.  Add it to the list. */
1103             if (OVS_UNLIKELY(n_soft >= allocated_soft)) {
1104                 struct cls_conjunction_set **old_soft = soft;
1105
1106                 allocated_soft *= 2;
1107                 soft = xmalloc(allocated_soft * sizeof *soft);
1108                 memcpy(soft, old_soft, n_soft * sizeof *soft);
1109                 if (old_soft != soft_stub) {
1110                     free(old_soft);
1111                 }
1112             }
1113             soft[n_soft++] = conj_set;
1114
1115             /* Keep track of the highest-priority soft match. */
1116             if (soft_pri < match->priority) {
1117                 soft_pri = match->priority;
1118             }
1119         }
1120     }
1121
1122     /* In the common case, at this point we have no soft matches and we can
1123      * return immediately.  (We do the same thing if we have potential soft
1124      * matches but none of them are higher-priority than our hard match.) */
1125     if (hard_pri >= soft_pri) {
1126         if (soft != soft_stub) {
1127             free(soft);
1128         }
1129         return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1130     }
1131
1132     /* At this point, we have some soft matches.  We might also have a hard
1133      * match; if so, its priority is lower than the highest-priority soft
1134      * match. */
1135
1136     /* Soft match loop.
1137      *
1138      * Check whether soft matches are real matches. */
1139     for (;;) {
1140         /* Delete soft matches that are null.  This only happens in second and
1141          * subsequent iterations of the soft match loop, when we drop back from
1142          * a high-priority soft match to a lower-priority one.
1143          *
1144          * Also, delete soft matches whose priority is less than or equal to
1145          * the hard match's priority.  In the first iteration of the soft
1146          * match, these can be in 'soft' because the earlier main loop found
1147          * the soft match before the hard match.  In second and later iteration
1148          * of the soft match loop, these can be in 'soft' because we dropped
1149          * back from a high-priority soft match to a lower-priority soft match.
1150          *
1151          * It is tempting to delete soft matches that cannot be satisfied
1152          * because there are fewer soft matches than required to satisfy any of
1153          * their conjunctions, but we cannot do that because there might be
1154          * lower priority soft or hard matches with otherwise identical
1155          * matches.  (We could special case those here, but there's no
1156          * need--we'll do so at the bottom of the soft match loop anyway and
1157          * this duplicates less code.)
1158          *
1159          * It's also tempting to break out of the soft match loop if 'n_soft ==
1160          * 1' but that would also miss lower-priority hard matches.  We could
1161          * special case that also but again there's no need. */
1162         for (int i = 0; i < n_soft; ) {
1163             if (!soft[i] || soft[i]->priority <= hard_pri) {
1164                 soft[i] = soft[--n_soft];
1165             } else {
1166                 i++;
1167             }
1168         }
1169         if (!n_soft) {
1170             break;
1171         }
1172
1173         /* Find the highest priority among the soft matches.  (We know this
1174          * must be higher than the hard match's priority; otherwise we would
1175          * have deleted all of the soft matches in the previous loop.)  Count
1176          * the number of soft matches that have that priority. */
1177         soft_pri = INT_MIN;
1178         int n_soft_pri = 0;
1179         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1180             if (soft[i]->priority > soft_pri) {
1181                 soft_pri = soft[i]->priority;
1182                 n_soft_pri = 1;
1183             } else if (soft[i]->priority == soft_pri) {
1184                 n_soft_pri++;
1185             }
1186         }
1187         ovs_assert(soft_pri > hard_pri);
1188
1189         /* Look for a real match among the highest-priority soft matches.
1190          *
1191          * It's unusual to have many conjunctive matches, so we use stubs to
1192          * avoid calling malloc() in the common case.  An hmap has a built-in
1193          * stub for up to 2 hmap_nodes; possibly, we would benefit a variant
1194          * with a bigger stub. */
1195         struct conjunctive_match cm_stubs[16];
1196         struct hmap matches;
1197
1198         hmap_init(&matches);
1199         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1200             uint32_t id;
1201
1202             if (soft[i]->priority == soft_pri
1203                 && find_conjunctive_match(soft[i], n_soft_pri, &matches,
1204                                           cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs),
1205                                           &id)) {
1206                 uint32_t saved_conj_id = flow->conj_id;
1207                 const struct cls_rule *rule;
1208
1209                 flow->conj_id = id;
1210                 rule = classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, false);
1211                 flow->conj_id = saved_conj_id;
1212
1213                 if (rule) {
1214                     free_conjunctive_matches(&matches,
1215                                              cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1216                     if (soft != soft_stub) {
1217                         free(soft);
1218                     }
1219                     return rule;
1220                 }
1221             }
1222         }
1223         free_conjunctive_matches(&matches, cm_stubs, ARRAY_SIZE(cm_stubs));
1224
1225         /* There's no real match among the highest-priority soft matches.
1226          * However, if any of those soft matches has a lower-priority but
1227          * otherwise identical flow match, then we need to consider those for
1228          * soft or hard matches.
1229          *
1230          * The next iteration of the soft match loop will delete any null
1231          * pointers we put into 'soft' (and some others too). */
1232         for (int i = 0; i < n_soft; i++) {
1233             if (soft[i]->priority != soft_pri) {
1234                 continue;
1235             }
1236
1237             /* Find next-lower-priority flow with identical flow match. */
1238             match = next_visible_rule_in_list(soft[i]->match, version);
1239             if (match) {
1240                 soft[i] = ovsrcu_get(struct cls_conjunction_set *,
1241                                      &match->conj_set);
1242                 if (!soft[i]) {
1243                     /* The flow is a hard match; don't treat as a soft
1244                      * match. */
1245                     if (match->priority > hard_pri) {
1246                         hard = match;
1247                         hard_pri = hard->priority;
1248                     }
1249                 }
1250             } else {
1251                 /* No such lower-priority flow (probably the common case). */
1252                 soft[i] = NULL;
1253             }
1254         }
1255     }
1256
1257     if (soft != soft_stub) {
1258         free(soft);
1259     }
1260     return hard ? hard->cls_rule : NULL;
1261 }
1262
1263 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow' and
1264  * that is visible in 'version'.  Returns a null pointer if no rules in 'cls'
1265  * match 'flow'.  If multiple rules of equal priority match 'flow', returns one
1266  * arbitrarily.
1267  *
1268  * If a rule is found and 'wc' is non-null, bitwise-OR's 'wc' with the
1269  * set of bits that were significant in the lookup.  At some point
1270  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
1271  * flow_wildcards_init_catchall()).
1272  *
1273  * 'flow' is non-const to allow for temporary modifications during the lookup.
1274  * Any changes are restored before returning. */
1275 const struct cls_rule *
1276 classifier_lookup(const struct classifier *cls, cls_version_t version,
1277                   struct flow *flow, struct flow_wildcards *wc)
1278 {
1279     return classifier_lookup__(cls, version, flow, wc, true);
1280 }
1281
1282 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
1283  * matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1284  * Only one such rule may ever exist.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
1285  * contain an exact match. */
1286 const struct cls_rule *
1287 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
1288                              const struct cls_rule *target,
1289                              cls_version_t version)
1290 {
1291     const struct cls_match *head, *rule;
1292     const struct cls_subtable *subtable;
1293
1294     subtable = find_subtable(cls, target->match.mask);
1295     if (!subtable) {
1296         return NULL;
1297     }
1298
1299     head = find_equal(subtable, target->match.flow,
1300                       miniflow_hash_in_minimask(target->match.flow,
1301                                                 target->match.mask, 0));
1302     if (!head) {
1303         return NULL;
1304     }
1305     CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1306         if (rule->priority < target->priority) {
1307             break; /* Not found. */
1308         }
1309         if (rule->priority == target->priority
1310             && cls_match_visible_in_version(rule, version)) {
1311             return rule->cls_rule;
1312         }
1313     }
1314     return NULL;
1315 }
1316
1317 /* Finds and returns a rule in 'cls' with priority 'priority' and exactly the
1318  * same matching criteria as 'target', and that is visible in 'version'.
1319  * Returns a null pointer if 'cls' doesn't contain an exact match visible in
1320  * 'version'. */
1321 const struct cls_rule *
1322 classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
1323                               const struct match *target, int priority,
1324                               cls_version_t version)
1325 {
1326     const struct cls_rule *retval;
1327     struct cls_rule cr;
1328
1329     cls_rule_init(&cr, target, priority);
1330     retval = classifier_find_rule_exactly(cls, &cr, version);
1331     cls_rule_destroy(&cr);
1332
1333     return retval;
1334 }
1335
1336 /* Checks if 'target' would overlap any other rule in 'cls' in 'version'.  Two
1337  * rules are considered to overlap if both rules have the same priority and a
1338  * packet could match both, and if both rules are visible in the same version.
1339  *
1340  * A trivial example of overlapping rules is two rules matching disjoint sets
1341  * of fields. E.g., if one rule matches only on port number, while another only
1342  * on dl_type, any packet from that specific port and with that specific
1343  * dl_type could match both, if the rules also have the same priority. */
1344 bool
1345 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
1346                          const struct cls_rule *target, cls_version_t version)
1347 {
1348     struct cls_subtable *subtable;
1349
1350     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
1351     PVECTOR_FOR_EACH_PRIORITY (subtable, target->priority - 1, 2,
1352                                sizeof(struct cls_subtable), &cls->subtables) {
1353         struct {
1354             struct minimask mask;
1355             uint64_t storage[FLOW_U64S];
1356         } m;
1357         const struct cls_rule *rule;
1358
1359         minimask_combine(&m.mask, target->match.mask, &subtable->mask,
1360                          m.storage);
1361
1362         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1363             if (rule->priority == target->priority
1364                 && miniflow_equal_in_minimask(target->match.flow,
1365                                               rule->match.flow, &m.mask)
1366                 && cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version)) {
1367                 return true;
1368             }
1369         }
1370     }
1371     return false;
1372 }
1373
1374 /* Returns true if 'rule' exactly matches 'criteria' or if 'rule' is more
1375  * specific than 'criteria'.  That is, 'rule' matches 'criteria' and this
1376  * function returns true if, for every field:
1377  *
1378  *   - 'criteria' and 'rule' specify the same (non-wildcarded) value for the
1379  *     field, or
1380  *
1381  *   - 'criteria' wildcards the field,
1382  *
1383  * Conversely, 'rule' does not match 'criteria' and this function returns false
1384  * if, for at least one field:
1385  *
1386  *   - 'criteria' and 'rule' specify different values for the field, or
1387  *
1388  *   - 'criteria' specifies a value for the field but 'rule' wildcards it.
1389  *
1390  * Equivalently, the truth table for whether a field matches is:
1391  *
1392  *                                     rule
1393  *
1394  *                   c         wildcard    exact
1395  *                   r        +---------+---------+
1396  *                   i   wild |   yes   |   yes   |
1397  *                   t   card |         |         |
1398  *                   e        +---------+---------+
1399  *                   r  exact |    no   |if values|
1400  *                   i        |         |are equal|
1401  *                   a        +---------+---------+
1402  *
1403  * This is the matching rule used by OpenFlow 1.0 non-strict OFPT_FLOW_MOD
1404  * commands and by OpenFlow 1.0 aggregate and flow stats.
1405  *
1406  * Ignores rule->priority. */
1407 bool
1408 cls_rule_is_loose_match(const struct cls_rule *rule,
1409                         const struct minimatch *criteria)
1410 {
1411     return (!minimask_has_extra(rule->match.mask, criteria->mask)
1412             && miniflow_equal_in_minimask(rule->match.flow, criteria->flow,
1413                                           criteria->mask));
1414 }
1415 \f
1416 /* Iteration. */
1417
1418 static bool
1419 rule_matches(const struct cls_rule *rule, const struct cls_rule *target,
1420              cls_version_t version)
1421 {
1422     /* Rule may only match a target if it is visible in target's version. */
1423     return cls_match_visible_in_version(rule->cls_match, version)
1424         && (!target || miniflow_equal_in_minimask(rule->match.flow,
1425                                                   target->match.flow,
1426                                                   target->match.mask));
1427 }
1428
1429 static const struct cls_rule *
1430 search_subtable(const struct cls_subtable *subtable,
1431                 struct cls_cursor *cursor)
1432 {
1433     if (!cursor->target
1434         || !minimask_has_extra(&subtable->mask, cursor->target->match.mask)) {
1435         const struct cls_rule *rule;
1436
1437         RCULIST_FOR_EACH (rule, node, &subtable->rules_list) {
1438             if (rule_matches(rule, cursor->target, cursor->version)) {
1439                 return rule;
1440             }
1441         }
1442     }
1443     return NULL;
1444 }
1445
1446 /* Initializes 'cursor' for iterating through rules in 'cls', and returns the
1447  * cursor.
1448  *
1449  *     - If 'target' is null, or if the 'target' is a catchall target, the
1450  *       cursor will visit every rule in 'cls' that is visible in 'version'.
1451  *
1452  *     - If 'target' is nonnull, the cursor will visit each 'rule' in 'cls'
1453  *       such that cls_rule_is_loose_match(rule, target) returns true and that
1454  *       the rule is visible in 'version'.
1455  *
1456  * Ignores target->priority. */
1457 struct cls_cursor
1458 cls_cursor_start(const struct classifier *cls, const struct cls_rule *target,
1459                  cls_version_t version)
1460 {
1461     struct cls_cursor cursor;
1462     struct cls_subtable *subtable;
1463
1464     cursor.cls = cls;
1465     cursor.target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
1466     cursor.version = version;
1467     cursor.rule = NULL;
1468
1469     /* Find first rule. */
1470     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH (subtable, &cursor.subtables,
1471                              &cursor.cls->subtables) {
1472         const struct cls_rule *rule = search_subtable(subtable, &cursor);
1473
1474         if (rule) {
1475             cursor.subtable = subtable;
1476             cursor.rule = rule;
1477             break;
1478         }
1479     }
1480
1481     return cursor;
1482 }
1483
1484 static const struct cls_rule *
1485 cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor)
1486 {
1487     const struct cls_rule *rule;
1488     const struct cls_subtable *subtable;
1489
1490     rule = cursor->rule;
1491     subtable = cursor->subtable;
1492     RCULIST_FOR_EACH_CONTINUE (rule, node, &subtable->rules_list) {
1493         if (rule_matches(rule, cursor->target, cursor->version)) {
1494             return rule;
1495         }
1496     }
1497
1498     PVECTOR_CURSOR_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, &cursor->subtables) {
1499         rule = search_subtable(subtable, cursor);
1500         if (rule) {
1501             cursor->subtable = subtable;
1502             return rule;
1503         }
1504     }
1505
1506     return NULL;
1507 }
1508
1509 /* Sets 'cursor->rule' to the next matching cls_rule in 'cursor''s iteration,
1510  * or to null if all matching rules have been visited. */
1511 void
1512 cls_cursor_advance(struct cls_cursor *cursor)
1513 {
1514     cursor->rule = cls_cursor_next(cursor);
1515 }
1516 \f
1517 static struct cls_subtable *
1518 find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1519 {
1520     struct cls_subtable *subtable;
1521
1522     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (subtable, cmap_node, minimask_hash(mask, 0),
1523                              &cls->subtables_map) {
1524         if (minimask_equal(mask, &subtable->mask)) {
1525             return subtable;
1526         }
1527     }
1528     return NULL;
1529 }
1530
1531 /* Initializes 'map' with a subset of 'miniflow''s maps that includes only the
1532  * portions with u64-offset 'i' such that 'start' <= i < 'end'.  Does not copy
1533  * any data from 'miniflow' to 'map'. */
1534 static void
1535 miniflow_get_map_in_range(const struct miniflow *miniflow,
1536                           uint8_t start, uint8_t end, struct miniflow *map)
1537 {
1538     *map = *miniflow;   /* Copy maps. */
1539
1540     if (start >= FLOW_TNL_U64S) {
1541         map->tnl_map = 0;
1542         if (start > FLOW_TNL_U64S) {
1543             /* Clear 'start - FLOW_TNL_U64S' LSBs from pkt_map. */
1544             start -= FLOW_TNL_U64S;
1545             uint64_t msk = (UINT64_C(1) << start) - 1;
1546
1547             map->pkt_map &= ~msk;
1548         }
1549     } else if (start > 0) {
1550         /* Clear 'start' LSBs from tnl_map. */
1551         uint64_t msk = (UINT64_C(1) << start) - 1;
1552
1553         map->tnl_map &= ~msk;
1554     }
1555
1556     if (end <= FLOW_TNL_U64S) {
1557         map->pkt_map = 0;
1558         if (end < FLOW_TNL_U64S) {
1559             /* Keep 'end' LSBs in tnl_map. */
1560             map->tnl_map &= (UINT64_C(1) << end) - 1;
1561         }
1562     } else {
1563         if (end < FLOW_U64S) {
1564             /* Keep 'end - FLOW_TNL_U64S' LSBs in pkt_map. */
1565             map->pkt_map &= (UINT64_C(1) << (end - FLOW_TNL_U64S)) - 1;
1566         }
1567     }
1568 }
1569
1570 /* The new subtable will be visible to the readers only after this. */
1571 static struct cls_subtable *
1572 insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
1573 {
1574     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
1575     struct cls_subtable *subtable;
1576     int i, index = 0;
1577     struct minimask stage_mask;
1578     uint8_t prev;
1579     size_t count = miniflow_n_values(&mask->masks);
1580
1581     subtable = xzalloc(sizeof *subtable + MINIFLOW_VALUES_SIZE(count));
1582     cmap_init(&subtable->rules);
1583     miniflow_clone(CONST_CAST(struct miniflow *, &subtable->mask.masks),
1584                    &mask->masks, count);
1585
1586     /* Init indices for segmented lookup, if any. */
1587     prev = 0;
1588     for (i = 0; i < cls->n_flow_segments; i++) {
1589         miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, prev, cls->flow_segments[i],
1590                                   &stage_mask.masks);
1591         /* Add an index if it adds mask bits. */
1592         if (!minimask_is_catchall(&stage_mask)) {
1593             cmap_init(&subtable->indices[index]);
1594             *CONST_CAST(struct miniflow *, &subtable->index_maps[index])
1595                 = stage_mask.masks;
1596             index++;
1597         }
1598         prev = cls->flow_segments[i];
1599     }
1600     /* Map for the final stage. */
1601     miniflow_get_map_in_range(
1602         &mask->masks, prev, FLOW_U64S,
1603         CONST_CAST(struct miniflow *, &subtable->index_maps[index]));
1604     /* Check if the final stage adds any bits,
1605      * and remove the last index if it doesn't. */
1606     if (index > 0) {
1607         if (miniflow_equal_maps(&subtable->index_maps[index],
1608                                 &subtable->index_maps[index - 1])) {
1609             --index;
1610             cmap_destroy(&subtable->indices[index]);
1611         }
1612     }
1613     *CONST_CAST(uint8_t *, &subtable->n_indices) = index;
1614
1615     *CONST_CAST(tag_type *, &subtable->tag) =
1616         (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
1617          ? tag_create_deterministic(hash)
1618          : TAG_ALL);
1619
1620     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
1621         subtable->trie_plen[i] = minimask_get_prefix_len(mask,
1622                                                          cls->tries[i].field);
1623     }
1624
1625     /* Ports trie. */
1626     ovsrcu_set_hidden(&subtable->ports_trie, NULL);
1627     *CONST_CAST(int *, &subtable->ports_mask_len)
1628         = 32 - ctz32(ntohl(MINIFLOW_GET_BE32(&mask->masks, tp_src)));
1629
1630     /* List of rules. */
1631     rculist_init(&subtable->rules_list);
1632
1633     cmap_insert(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node, hash);
1634
1635     return subtable;
1636 }
1637
1638 /* RCU readers may still access the subtable before it is actually freed. */
1639 static void
1640 destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
1641 {
1642     int i;
1643
1644     pvector_remove(&cls->subtables, subtable);
1645     cmap_remove(&cls->subtables_map, &subtable->cmap_node,
1646                 minimask_hash(&subtable->mask, 0));
1647
1648     ovs_assert(ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, &subtable->ports_trie)
1649                == NULL);
1650     ovs_assert(cmap_is_empty(&subtable->rules));
1651     ovs_assert(rculist_is_empty(&subtable->rules_list));
1652
1653     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1654         cmap_destroy(&subtable->indices[i]);
1655     }
1656     cmap_destroy(&subtable->rules);
1657     ovsrcu_postpone(free, subtable);
1658 }
1659
1660 static unsigned int be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs);
1661
1662 /* Return 'true' if can skip rest of the subtable based on the prefix trie
1663  * lookup results. */
1664 static inline bool
1665 check_tries(struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES], unsigned int n_tries,
1666             const unsigned int field_plen[CLS_MAX_TRIES],
1667             const struct miniflow *range_map, const struct flow *flow,
1668             struct flow_wildcards *wc)
1669 {
1670     int j;
1671
1672     /* Check if we could avoid fully unwildcarding the next level of
1673      * fields using the prefix tries.  The trie checks are done only as
1674      * needed to avoid folding in additional bits to the wildcards mask. */
1675     for (j = 0; j < n_tries; j++) {
1676         /* Is the trie field relevant for this subtable? */
1677         if (field_plen[j]) {
1678             struct trie_ctx *ctx = &trie_ctx[j];
1679             uint8_t be32ofs = ctx->be32ofs;
1680             uint8_t be64ofs = be32ofs / 2;
1681
1682             /* Is the trie field within the current range of fields? */
1683             if (MINIFLOW_IN_MAP(range_map, be64ofs)) {
1684                 /* On-demand trie lookup. */
1685                 if (!ctx->lookup_done) {
1686                     memset(&ctx->match_plens, 0, sizeof ctx->match_plens);
1687                     ctx->maskbits = trie_lookup(ctx->trie, flow,
1688                                                 &ctx->match_plens);
1689                     ctx->lookup_done = true;
1690                 }
1691                 /* Possible to skip the rest of the subtable if subtable's
1692                  * prefix on the field is not included in the lookup result. */
1693                 if (!be_get_bit_at(&ctx->match_plens.be32, field_plen[j] - 1)) {
1694                     /* We want the trie lookup to never result in unwildcarding
1695                      * any bits that would not be unwildcarded otherwise.
1696                      * Since the trie is shared by the whole classifier, it is
1697                      * possible that the 'maskbits' contain bits that are
1698                      * irrelevant for the partition relevant for the current
1699                      * packet.  Hence the checks below. */
1700
1701                     /* Check that the trie result will not unwildcard more bits
1702                      * than this subtable would otherwise. */
1703                     if (ctx->maskbits <= field_plen[j]) {
1704                         /* Unwildcard the bits and skip the rest. */
1705                         mask_set_prefix_bits(wc, be32ofs, ctx->maskbits);
1706                         /* Note: Prerequisite already unwildcarded, as the only
1707                          * prerequisite of the supported trie lookup fields is
1708                          * the ethertype, which is always unwildcarded. */
1709                         return true;
1710                     }
1711                     /* Can skip if the field is already unwildcarded. */
1712                     if (mask_prefix_bits_set(wc, be32ofs, ctx->maskbits)) {
1713                         return true;
1714                     }
1715                 }
1716             }
1717         }
1718     }
1719     return false;
1720 }
1721
1722 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1723  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1724  * value has the correct value in 'target'.
1725  *
1726  * This function is equivalent to miniflow_equal_flow_in_minimask(flow,
1727  * target, mask) but this is faster because of the invariant that
1728  * flow->map and mask->masks.map are the same, and that this version
1729  * takes the 'wc'. */
1730 static inline bool
1731 miniflow_and_mask_matches_flow(const struct miniflow *flow,
1732                                const struct minimask *mask,
1733                                const struct flow *target)
1734 {
1735     const uint64_t *flowp = miniflow_get_values(flow);
1736     const uint64_t *maskp = miniflow_get_values(&mask->masks);
1737     const uint64_t *target_u64 = (const uint64_t *)target;
1738     size_t idx;
1739
1740     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.tnl_map) {
1741         if ((*flowp++ ^ target_u64[idx]) & *maskp++) {
1742             return false;
1743         }
1744     }
1745     target_u64 += FLOW_TNL_U64S;
1746     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.pkt_map) {
1747         if ((*flowp++ ^ target_u64[idx]) & *maskp++) {
1748             return false;
1749         }
1750     }
1751
1752     return true;
1753 }
1754
1755 static inline const struct cls_match *
1756 find_match(const struct cls_subtable *subtable, cls_version_t version,
1757            const struct flow *flow, uint32_t hash)
1758 {
1759     const struct cls_match *head, *rule;
1760
1761     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1762         if (OVS_LIKELY(miniflow_and_mask_matches_flow(&head->flow,
1763                                                       &subtable->mask,
1764                                                       flow))) {
1765             /* Return highest priority rule that is visible. */
1766             CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1767                 if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule, version))) {
1768                     return rule;
1769                 }
1770             }
1771         }
1772     }
1773
1774     return NULL;
1775 }
1776
1777 /* Returns true if 'target' satisifies 'flow'/'mask', that is, if each bit
1778  * for which 'flow', for which 'mask' has a bit set, specifies a particular
1779  * value has the correct value in 'target'.
1780  *
1781  * This function is equivalent to miniflow_and_mask_matches_flow() but this
1782  * version fills in the mask bits in 'wc'. */
1783 static inline bool
1784 miniflow_and_mask_matches_flow_wc(const struct miniflow *flow,
1785                                   const struct minimask *mask,
1786                                   const struct flow *target,
1787                                   struct flow_wildcards *wc)
1788 {
1789     const uint64_t *flowp = miniflow_get_values(flow);
1790     const uint64_t *maskp = miniflow_get_values(&mask->masks);
1791     const uint64_t *target_u64 = (const uint64_t *)target;
1792     uint64_t *wc_u64 = (uint64_t *)&wc->masks;
1793     uint64_t diff;
1794     size_t idx;
1795
1796     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.tnl_map) {
1797         uint64_t msk = *maskp++;
1798
1799         diff = (*flowp++ ^ target_u64[idx]) & msk;
1800         if (diff) {
1801             goto out;
1802         }
1803
1804         /* Fill in the bits that were looked at. */
1805         wc_u64[idx] |= msk;
1806     }
1807     target_u64 += FLOW_TNL_U64S;
1808     wc_u64 += FLOW_TNL_U64S;
1809     MAP_FOR_EACH_INDEX(idx, mask->masks.pkt_map) {
1810         uint64_t msk = *maskp++;
1811
1812         diff = (*flowp++ ^ target_u64[idx]) & msk;
1813         if (diff) {
1814             goto out;
1815         }
1816
1817         /* Fill in the bits that were looked at. */
1818         wc_u64[idx] |= msk;
1819     }
1820
1821     return true;
1822
1823 out:
1824     /* Only unwildcard if none of the differing bits is already
1825      * exact-matched. */
1826     if (!(wc_u64[idx] & diff)) {
1827         /* Keep one bit of the difference.  The selected bit may be
1828          * different in big-endian v.s. little-endian systems. */
1829         wc_u64[idx] |= rightmost_1bit(diff);
1830     }
1831     return false;
1832 }
1833
1834 static const struct cls_match *
1835 find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, cls_version_t version,
1836               const struct flow *flow, struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES],
1837               unsigned int n_tries, struct flow_wildcards *wc)
1838 {
1839     uint32_t basis = 0, hash;
1840     const struct cls_match *rule = NULL;
1841     int i;
1842     struct miniflow stages_map;
1843     unsigned int mask_offset = 0;
1844
1845     if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
1846         return find_match(subtable, version, flow,
1847                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
1848     }
1849
1850     memset(&stages_map, 0, sizeof stages_map);
1851     /* Try to finish early by checking fields in segments. */
1852     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
1853         const struct cmap_node *inode;
1854
1855         if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen,
1856                         &subtable->index_maps[i], flow, wc)) {
1857             /* 'wc' bits for the trie field set, now unwildcard the preceding
1858              * bits used so far. */
1859             goto no_match;
1860         }
1861
1862         /* Accumulate the map used so far. */
1863         stages_map.tnl_map |= subtable->index_maps[i].tnl_map;
1864         stages_map.pkt_map |= subtable->index_maps[i].pkt_map;
1865
1866         hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask,
1867                                            &subtable->index_maps[i],
1868                                            &mask_offset, &basis);
1869
1870         inode = cmap_find(&subtable->indices[i], hash);
1871         if (!inode) {
1872             goto no_match;
1873         }
1874
1875         /* If we have narrowed down to a single rule already, check whether
1876          * that rule matches.  Either way, we're done.
1877          *
1878          * (Rare) hash collisions may cause us to miss the opportunity for this
1879          * optimization. */
1880         if (!cmap_node_next(inode)) {
1881             const struct cls_match *head;
1882
1883             ASSIGN_CONTAINER(head, inode - i, index_nodes);
1884             if (miniflow_and_mask_matches_flow_wc(&head->flow, &subtable->mask,
1885                                                   flow, wc)) {
1886                 /* Return highest priority rule that is visible. */
1887                 CLS_MATCH_FOR_EACH (rule, head) {
1888                     if (OVS_LIKELY(cls_match_visible_in_version(rule,
1889                                                                 version))) {
1890                         return rule;
1891                     }
1892                 }
1893             }
1894             return NULL;
1895         }
1896     }
1897     /* Trie check for the final range. */
1898     if (check_tries(trie_ctx, n_tries, subtable->trie_plen,
1899                     &subtable->index_maps[i], flow, wc)) {
1900         goto no_match;
1901     }
1902     hash = flow_hash_in_minimask_range(flow, &subtable->mask,
1903                                        &subtable->index_maps[i],
1904                                        &mask_offset, &basis);
1905     rule = find_match(subtable, version, flow, hash);
1906     if (!rule && subtable->ports_mask_len) {
1907         /* The final stage had ports, but there was no match.  Instead of
1908          * unwildcarding all the ports bits, use the ports trie to figure out a
1909          * smaller set of bits to unwildcard. */
1910         unsigned int mbits;
1911         ovs_be32 value, plens, mask;
1912
1913         mask = MINIFLOW_GET_BE32(&subtable->mask.masks, tp_src);
1914         value = ((OVS_FORCE ovs_be32 *)flow)[TP_PORTS_OFS32] & mask;
1915         mbits = trie_lookup_value(&subtable->ports_trie, &value, &plens, 32);
1916
1917         ((OVS_FORCE ovs_be32 *)&wc->masks)[TP_PORTS_OFS32] |=
1918             mask & be32_prefix_mask(mbits);
1919
1920         goto no_match;
1921     }
1922
1923     /* Must unwildcard all the fields, as they were looked at. */
1924     flow_wildcards_fold_minimask(wc, &subtable->mask);
1925     return rule;
1926
1927 no_match:
1928     /* Unwildcard the bits in stages so far, as they were used in determining
1929      * there is no match. */
1930     flow_wildcards_fold_minimask_in_map(wc, &subtable->mask, &stages_map);
1931     return NULL;
1932 }
1933
1934 static struct cls_match *
1935 find_equal(const struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
1936            uint32_t hash)
1937 {
1938     struct cls_match *head;
1939
1940     CMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (head, cmap_node, hash, &subtable->rules) {
1941         if (miniflow_equal(&head->flow, flow)) {
1942             return head;
1943         }
1944     }
1945     return NULL;
1946 }
1947 \f
1948 /* A longest-prefix match tree. */
1949
1950 /* Return at least 'plen' bits of the 'prefix', starting at bit offset 'ofs'.
1951  * Prefixes are in the network byte order, and the offset 0 corresponds to
1952  * the most significant bit of the first byte.  The offset can be read as
1953  * "how many bits to skip from the start of the prefix starting at 'pr'". */
1954 static uint32_t
1955 raw_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1956 {
1957     uint32_t prefix;
1958
1959     pr += ofs / 32; /* Where to start. */
1960     ofs %= 32;      /* How many bits to skip at 'pr'. */
1961
1962     prefix = ntohl(*pr) << ofs; /* Get the first 32 - ofs bits. */
1963     if (plen > 32 - ofs) {      /* Need more than we have already? */
1964         prefix |= ntohl(*++pr) >> (32 - ofs);
1965     }
1966     /* Return with possible unwanted bits at the end. */
1967     return prefix;
1968 }
1969
1970 /* Return min(TRIE_PREFIX_BITS, plen) bits of the 'prefix', starting at bit
1971  * offset 'ofs'.  Prefixes are in the network byte order, and the offset 0
1972  * corresponds to the most significant bit of the first byte.  The offset can
1973  * be read as "how many bits to skip from the start of the prefix starting at
1974  * 'pr'". */
1975 static uint32_t
1976 trie_get_prefix(const ovs_be32 pr[], unsigned int ofs, unsigned int plen)
1977 {
1978     if (!plen) {
1979         return 0;
1980     }
1981     if (plen > TRIE_PREFIX_BITS) {
1982         plen = TRIE_PREFIX_BITS; /* Get at most TRIE_PREFIX_BITS. */
1983     }
1984     /* Return with unwanted bits cleared. */
1985     return raw_get_prefix(pr, ofs, plen) & ~0u << (32 - plen);
1986 }
1987
1988 /* Return the number of equal bits in 'n_bits' of 'prefix's MSBs and a 'value'
1989  * starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
1990 static unsigned int
1991 prefix_equal_bits(uint32_t prefix, unsigned int n_bits, const ovs_be32 value[],
1992                   unsigned int ofs)
1993 {
1994     uint64_t diff = prefix ^ raw_get_prefix(value, ofs, n_bits);
1995     /* Set the bit after the relevant bits to limit the result. */
1996     return raw_clz64(diff << 32 | UINT64_C(1) << (63 - n_bits));
1997 }
1998
1999 /* Return the number of equal bits in 'node' prefix and a 'prefix' of length
2000  * 'plen', starting at "MSB 0"-based offset 'ofs'. */
2001 static unsigned int
2002 trie_prefix_equal_bits(const struct trie_node *node, const ovs_be32 prefix[],
2003                        unsigned int ofs, unsigned int plen)
2004 {
2005     return prefix_equal_bits(node->prefix, MIN(node->n_bits, plen - ofs),
2006                              prefix, ofs);
2007 }
2008
2009 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' can
2010  * be greater than 31. */
2011 static unsigned int
2012 be_get_bit_at(const ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2013 {
2014     return (((const uint8_t *)value)[ofs / 8] >> (7 - ofs % 8)) & 1u;
2015 }
2016
2017 /* Return the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs' as an int.  'ofs' must
2018  * be between 0 and 31, inclusive. */
2019 static unsigned int
2020 get_bit_at(const uint32_t prefix, unsigned int ofs)
2021 {
2022     return (prefix >> (31 - ofs)) & 1u;
2023 }
2024
2025 /* Create new branch. */
2026 static struct trie_node *
2027 trie_branch_create(const ovs_be32 *prefix, unsigned int ofs, unsigned int plen,
2028                    unsigned int n_rules)
2029 {
2030     struct trie_node *node = xmalloc(sizeof *node);
2031
2032     node->prefix = trie_get_prefix(prefix, ofs, plen);
2033
2034     if (plen <= TRIE_PREFIX_BITS) {
2035         node->n_bits = plen;
2036         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[0], NULL);
2037         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[1], NULL);
2038         node->n_rules = n_rules;
2039     } else { /* Need intermediate nodes. */
2040         struct trie_node *subnode = trie_branch_create(prefix,
2041                                                        ofs + TRIE_PREFIX_BITS,
2042                                                        plen - TRIE_PREFIX_BITS,
2043                                                        n_rules);
2044         int bit = get_bit_at(subnode->prefix, 0);
2045         node->n_bits = TRIE_PREFIX_BITS;
2046         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[bit], subnode);
2047         ovsrcu_set_hidden(&node->edges[!bit], NULL);
2048         node->n_rules = 0;
2049     }
2050     return node;
2051 }
2052
2053 static void
2054 trie_node_destroy(const struct trie_node *node)
2055 {
2056     ovsrcu_postpone(free, CONST_CAST(struct trie_node *, node));
2057 }
2058
2059 /* Copy a trie node for modification and postpone delete the old one. */
2060 static struct trie_node *
2061 trie_node_rcu_realloc(const struct trie_node *node)
2062 {
2063     struct trie_node *new_node = xmalloc(sizeof *node);
2064
2065     *new_node = *node;
2066     trie_node_destroy(node);
2067
2068     return new_node;
2069 }
2070
2071 static void
2072 trie_destroy(rcu_trie_ptr *trie)
2073 {
2074     struct trie_node *node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, trie);
2075
2076     if (node) {
2077         ovsrcu_set_hidden(trie, NULL);
2078         trie_destroy(&node->edges[0]);
2079         trie_destroy(&node->edges[1]);
2080         trie_node_destroy(node);
2081     }
2082 }
2083
2084 static bool
2085 trie_is_leaf(const struct trie_node *trie)
2086 {
2087     /* No children? */
2088     return !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[0])
2089         && !ovsrcu_get(struct trie_node *, &trie->edges[1]);
2090 }
2091
2092 static void
2093 mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2094                      unsigned int n_bits)
2095 {
2096     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2097     unsigned int i;
2098
2099     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2100         mask[i] = OVS_BE32_MAX;
2101     }
2102     if (n_bits % 32) {
2103         mask[i] |= htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2104     }
2105 }
2106
2107 static bool
2108 mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *wc, uint8_t be32ofs,
2109                      unsigned int n_bits)
2110 {
2111     ovs_be32 *mask = &((ovs_be32 *)&wc->masks)[be32ofs];
2112     unsigned int i;
2113     ovs_be32 zeroes = 0;
2114
2115     for (i = 0; i < n_bits / 32; i++) {
2116         zeroes |= ~mask[i];
2117     }
2118     if (n_bits % 32) {
2119         zeroes |= ~mask[i] & htonl(~0u << (32 - n_bits % 32));
2120     }
2121
2122     return !zeroes; /* All 'n_bits' bits set. */
2123 }
2124
2125 static rcu_trie_ptr *
2126 trie_next_edge(struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2127                unsigned int ofs)
2128 {
2129     return node->edges + be_get_bit_at(value, ofs);
2130 }
2131
2132 static const struct trie_node *
2133 trie_next_node(const struct trie_node *node, const ovs_be32 value[],
2134                unsigned int ofs)
2135 {
2136     return ovsrcu_get(struct trie_node *,
2137                       &node->edges[be_get_bit_at(value, ofs)]);
2138 }
2139
2140 /* Set the bit at ("MSB 0"-based) offset 'ofs'.  'ofs' can be greater than 31.
2141  */
2142 static void
2143 be_set_bit_at(ovs_be32 value[], unsigned int ofs)
2144 {
2145     ((uint8_t *)value)[ofs / 8] |= 1u << (7 - ofs % 8);
2146 }
2147
2148 /* Returns the number of bits in the prefix mask necessary to determine a
2149  * mismatch, in case there are longer prefixes in the tree below the one that
2150  * matched.
2151  * '*plens' will have a bit set for each prefix length that may have matching
2152  * rules.  The caller is responsible for clearing the '*plens' prior to
2153  * calling this.
2154  */
2155 static unsigned int
2156 trie_lookup_value(const rcu_trie_ptr *trie, const ovs_be32 value[],
2157                   ovs_be32 plens[], unsigned int n_bits)
2158 {
2159     const struct trie_node *prev = NULL;
2160     const struct trie_node *node = ovsrcu_get(struct trie_node *, trie);
2161     unsigned int match_len = 0; /* Number of matching bits. */
2162
2163     for (; node; prev = node, node = trie_next_node(node, value, match_len)) {
2164         unsigned int eqbits;
2165         /* Check if this edge can be followed. */
2166         eqbits = prefix_equal_bits(node->prefix, node->n_bits, value,
2167                                    match_len);
2168         match_len += eqbits;
2169         if (eqbits < node->n_bits) { /* Mismatch, nothing more to be found. */
2170             /* Bit at offset 'match_len' differed. */
2171             return match_len + 1; /* Includes the first mismatching bit. */
2172         }
2173         /* Full match, check if rules exist at this prefix length. */
2174         if (node->n_rules > 0) {
2175             be_set_bit_at(plens, match_len - 1);
2176         }
2177         if (match_len >= n_bits) {
2178             return n_bits; /* Full prefix. */
2179         }
2180     }
2181     /* node == NULL.  Full match so far, but we tried to follow an
2182      * non-existing branch.  Need to exclude the other branch if it exists
2183      * (it does not if we were called on an empty trie or 'prev' is a leaf
2184      * node). */
2185     return !prev || trie_is_leaf(prev) ? match_len : match_len + 1;
2186 }
2187
2188 static unsigned int
2189 trie_lookup(const struct cls_trie *trie, const struct flow *flow,
2190             union trie_prefix *plens)
2191 {
2192     const struct mf_field *mf = trie->field;
2193
2194     /* Check that current flow matches the prerequisites for the trie
2195      * field.  Some match fields are used for multiple purposes, so we
2196      * must check that the trie is relevant for this flow. */
2197     if (mf_are_prereqs_ok(mf, flow)) {
2198         return trie_lookup_value(&trie->root,
2199                                  &((ovs_be32 *)flow)[mf->flow_be32ofs],
2200                                  &plens->be32, mf->n_bits);
2201     }
2202     memset(plens, 0xff, sizeof *plens); /* All prefixes, no skipping. */
2203     return 0; /* Value not used in this case. */
2204 }
2205
2206 /* Returns the length of a prefix match mask for the field 'mf' in 'minimask'.
2207  * Returns the u32 offset to the miniflow data in '*miniflow_index', if
2208  * 'miniflow_index' is not NULL. */
2209 static unsigned int
2210 minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
2211                         const struct mf_field *mf)
2212 {
2213     unsigned int n_bits = 0, mask_tz = 0; /* Non-zero when end of mask seen. */
2214     uint8_t be32_ofs = mf->flow_be32ofs;
2215     uint8_t be32_end = be32_ofs + mf->n_bytes / 4;
2216
2217     for (; be32_ofs < be32_end; ++be32_ofs) {
2218         uint32_t mask = ntohl(minimask_get_be32(minimask, be32_ofs));
2219
2220         /* Validate mask, count the mask length. */
2221         if (mask_tz) {
2222             if (mask) {
2223                 return 0; /* No bits allowed after mask ended. */
2224             }
2225         } else {
2226             if (~mask & (~mask + 1)) {
2227                 return 0; /* Mask not contiguous. */
2228             }
2229             mask_tz = ctz32(mask);
2230             n_bits += 32 - mask_tz;
2231         }
2232     }
2233
2234     return n_bits;
2235 }
2236
2237 /*
2238  * This is called only when mask prefix is known to be CIDR and non-zero.
2239  * Relies on the fact that the flow and mask have the same map, and since
2240  * the mask is CIDR, the storage for the flow field exists even if it
2241  * happened to be zeros.
2242  */
2243 static const ovs_be32 *
2244 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
2245 {
2246     size_t u64_ofs = mf->flow_be32ofs / 2;
2247
2248     return (OVS_FORCE const ovs_be32 *)miniflow_get__(match->flow, u64_ofs)
2249         + (mf->flow_be32ofs & 1);
2250 }
2251
2252 /* Insert rule in to the prefix tree.
2253  * 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2254  * in 'rule'. */
2255 static void
2256 trie_insert(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2257 {
2258     trie_insert_prefix(&trie->root,
2259                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2260 }
2261
2262 static void
2263 trie_insert_prefix(rcu_trie_ptr *edge, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2264 {
2265     struct trie_node *node;
2266     int ofs = 0;
2267
2268     /* Walk the tree. */
2269     for (; (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edge));
2270          edge = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2271         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2272         ofs += eqbits;
2273         if (eqbits < node->n_bits) {
2274             /* Mismatch, new node needs to be inserted above. */
2275             int old_branch = get_bit_at(node->prefix, eqbits);
2276             struct trie_node *new_parent;
2277
2278             new_parent = trie_branch_create(prefix, ofs - eqbits, eqbits,
2279                                             ofs == mlen ? 1 : 0);
2280             /* Copy the node to modify it. */
2281             node = trie_node_rcu_realloc(node);
2282             /* Adjust the new node for its new position in the tree. */
2283             node->prefix <<= eqbits;
2284             node->n_bits -= eqbits;
2285             ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[old_branch], node);
2286
2287             /* Check if need a new branch for the new rule. */
2288             if (ofs < mlen) {
2289                 ovsrcu_set_hidden(&new_parent->edges[!old_branch],
2290                                   trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs,
2291                                                      1));
2292             }
2293             ovsrcu_set(edge, new_parent); /* Publish changes. */
2294             return;
2295         }
2296         /* Full match so far. */
2297
2298         if (ofs == mlen) {
2299             /* Full match at the current node, rule needs to be added here. */
2300             node->n_rules++;
2301             return;
2302         }
2303     }
2304     /* Must insert a new tree branch for the new rule. */
2305     ovsrcu_set(edge, trie_branch_create(prefix, ofs, mlen - ofs, 1));
2306 }
2307
2308 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2309  * in 'rule'. */
2310 static void
2311 trie_remove(struct cls_trie *trie, const struct cls_rule *rule, int mlen)
2312 {
2313     trie_remove_prefix(&trie->root,
2314                        minimatch_get_prefix(&rule->match, trie->field), mlen);
2315 }
2316
2317 /* 'mlen' must be the (non-zero) CIDR prefix length of the 'trie->field' mask
2318  * in 'rule'. */
2319 static void
2320 trie_remove_prefix(rcu_trie_ptr *root, const ovs_be32 *prefix, int mlen)
2321 {
2322     struct trie_node *node;
2323     rcu_trie_ptr *edges[sizeof(union trie_prefix) * CHAR_BIT];
2324     int depth = 0, ofs = 0;
2325
2326     /* Walk the tree. */
2327     for (edges[0] = root;
2328          (node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *, edges[depth]));
2329          edges[++depth] = trie_next_edge(node, prefix, ofs)) {
2330         unsigned int eqbits = trie_prefix_equal_bits(node, prefix, ofs, mlen);
2331
2332         if (eqbits < node->n_bits) {
2333             /* Mismatch, nothing to be removed.  This should never happen, as
2334              * only rules in the classifier are ever removed. */
2335             break; /* Log a warning. */
2336         }
2337         /* Full match so far. */
2338         ofs += eqbits;
2339
2340         if (ofs == mlen) {
2341             /* Full prefix match at the current node, remove rule here. */
2342             if (!node->n_rules) {
2343                 break; /* Log a warning. */
2344             }
2345             node->n_rules--;
2346
2347             /* Check if can prune the tree. */
2348             while (!node->n_rules) {
2349                 struct trie_node *next,
2350                     *edge0 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2351                                                   &node->edges[0]),
2352                     *edge1 = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2353                                                   &node->edges[1]);
2354
2355                 if (edge0 && edge1) {
2356                     break; /* A branching point, cannot prune. */
2357                 }
2358
2359                 /* Else have at most one child node, remove this node. */
2360                 next = edge0 ? edge0 : edge1;
2361
2362                 if (next) {
2363                     if (node->n_bits + next->n_bits > TRIE_PREFIX_BITS) {
2364                         break;   /* Cannot combine. */
2365                     }
2366                     next = trie_node_rcu_realloc(next); /* Modify. */
2367
2368                     /* Combine node with next. */
2369                     next->prefix = node->prefix | next->prefix >> node->n_bits;
2370                     next->n_bits += node->n_bits;
2371                 }
2372                 /* Update the parent's edge. */
2373                 ovsrcu_set(edges[depth], next); /* Publish changes. */
2374                 trie_node_destroy(node);
2375
2376                 if (next || !depth) {
2377                     /* Branch not pruned or at root, nothing more to do. */
2378                     break;
2379                 }
2380                 node = ovsrcu_get_protected(struct trie_node *,
2381                                             edges[--depth]);
2382             }
2383             return;
2384         }
2385     }
2386     /* Cannot go deeper. This should never happen, since only rules
2387      * that actually exist in the classifier are ever removed. */
2388     VLOG_WARN("Trying to remove non-existing rule from a prefix trie.");
2389 }
2390 \f
2391
2392 #define CLS_MATCH_POISON (struct cls_match *)(UINTPTR_MAX / 0xf * 0xb)
2393
2394 void
2395 cls_match_free_cb(struct cls_match *rule)
2396 {
2397     ovsrcu_set_hidden(&rule->next, CLS_MATCH_POISON);
2398     free(rule);
2399 }