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