lib/classifier.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2009, 2010 Nicira Networks.
   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 <assert.h>
  20 #include <errno.h>
  21 #include <netinet/in.h>
  22 #include "dynamic-string.h"
  23 #include "flow.h"
  24 #include "hash.h"
  25
  26 const struct cls_field cls_fields[CLS_N_FIELDS + 1] = {
  27 #define CLS_FIELD(WILDCARDS, MEMBER, NAME)      \
  28     { offsetof(flow_t, MEMBER),                 \
  29       sizeof ((flow_t *)0)->MEMBER,             \
  30       WILDCARDS,                                \
  31       #NAME },
  32     CLS_FIELDS
  33 #undef CLS_FIELD
  34     { sizeof(flow_t), 0, 0, "exact" },
  35 };
  36
  37 static uint32_t hash_fields(const flow_t *, int table_idx);
  38 static bool equal_fields(const flow_t *, const flow_t *, int table_idx);
  39
  40 static int table_idx_from_wildcards(uint32_t wildcards);
  41 static struct cls_rule *table_insert(struct hmap *, struct cls_rule *);
  42 static struct cls_rule *insert_exact_rule(struct classifier *,
  43                                           struct cls_rule *);
  44 static struct cls_bucket *find_bucket(struct hmap *, size_t hash,
  45                                       const struct cls_rule *);
  46 static struct cls_rule *search_table(const struct hmap *table, int field_idx,
  47                                      const struct cls_rule *);
  48 static struct cls_rule *search_exact_table(const struct classifier *,
  49                                            size_t hash, const flow_t *);
  50 static bool rules_match_1wild(const struct cls_rule *fixed,
  51                               const struct cls_rule *wild, int field_idx);
  52 static bool rules_match_2wild(const struct cls_rule *wild1,
  53                               const struct cls_rule *wild2, int field_idx);
  54
  55 /* Converts the flow in 'flow' into a cls_rule in 'rule'. */
  56 void
  57 cls_rule_from_flow(const flow_t *flow, struct cls_rule *rule)
  58 {
  59     rule->flow = *flow;
  60     if (!rule->flow.wildcards && rule->flow.priority < UINT16_MAX) {
  61         rule->flow.priority = UINT16_MAX;
  62     }
  63     flow_wildcards_init(&rule->wc, flow->wildcards);
  64     rule->table_idx = table_idx_from_wildcards(flow->wildcards);
  65 }
  66
  67 /* Converts the ofp_match in 'match' into a cls_rule in 'rule', with the given
  68  * 'priority'.  If 'tun_id_from_cookie' is set then the upper 32 bits of
  69  * 'cookie' are stored in the rule as the tunnel ID. */
  70 void
  71 cls_rule_from_match(const struct ofp_match *match, unsigned int priority,
  72                     bool tun_id_from_cookie, uint64_t cookie,
  73                     struct cls_rule *rule)
  74 {
  75     flow_from_match(match, rule->flow.wildcards ? priority : UINT16_MAX,
  76                     tun_id_from_cookie, cookie, &rule->flow);
  77     flow_wildcards_init(&rule->wc, rule->flow.wildcards);
  78     rule->table_idx = table_idx_from_wildcards(rule->flow.wildcards);
  79 }
  80
  81 /* Converts 'rule' to a string and returns the string.  The caller must free
  82  * the string (with free()). */
  83 char *
  84 cls_rule_to_string(const struct cls_rule *rule)
  85 {
  86     struct ds s = DS_EMPTY_INITIALIZER;
  87     ds_put_format(&s, "wildcards=%x priority=%u ",
  88                   rule->flow.wildcards, rule->flow.priority);
  89     flow_format(&s, &rule->flow);
  90     return ds_cstr(&s);
  91 }
  92
  93 /* Prints cls_rule 'rule', for debugging.
  94  *
  95  * (The output could be improved and expanded, but this was good enough to
  96  * debug the classifier.) */
  97 void
  98 cls_rule_print(const struct cls_rule *rule)
  99 {
 100     printf("wildcards=%x priority=%u ",
 101            rule->flow.wildcards, rule->flow.priority);
 102     flow_print(stdout, &rule->flow);
 103     putc('\n', stdout);
 104 }
 105
 106 /* Adjusts pointers around 'old', which must be in classifier 'cls', to
 107  * compensate for it having been moved in memory to 'new' (e.g. due to
 108  * realloc()).
 109  *
 110  * This function cannot be realized in all possible flow classifier
 111  * implementations, so we will probably have to change the interface if we
 112  * change the implementation.  Shouldn't be a big deal though. */
 113 void
 114 cls_rule_moved(struct classifier *cls, struct cls_rule *old,
 115                struct cls_rule *new)
 116 {
 117     if (old != new) {
 118         if (new->flow.wildcards) {
 119             list_moved(&new->node.list);
 120         } else {
 121             hmap_node_moved(&cls->exact_table,
 122                             &old->node.hmap, &new->node.hmap);
 123         }
 124     }
 125 }
 126
 127 /* Replaces 'old', which must be in classifier 'cls', by 'new' (e.g. due to
 128  * realloc()); that is, after calling this function 'new' will be in 'cls' in
 129  * place of 'old'.
 130  *
 131  * 'new' and 'old' must be exactly the same: wildcard the same fields, have the
 132  * same fixed values for non-wildcarded fields, and have the same priority.
 133  *
 134  * The caller takes ownership of 'old' and is thus responsible for freeing it,
 135  * etc., as necessary.
 136  *
 137  * This function cannot be realized in all possible flow classifier
 138  * implementations, so we will probably have to change the interface if we
 139  * change the implementation.  Shouldn't be a big deal though. */
 140 void
 141 cls_rule_replace(struct classifier *cls, const struct cls_rule *old,
 142                  struct cls_rule *new)
 143 {
 144     assert(old != new);
 145     assert(old->flow.wildcards == new->flow.wildcards);
 146     assert(old->flow.priority == new->flow.priority);
 147
 148     if (new->flow.wildcards) {
 149         list_replace(&new->node.list, &old->node.list);
 150     } else {
 151         hmap_replace(&cls->exact_table, &old->node.hmap, &new->node.hmap);
 152     }
 153 }
 154 \f
 155 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
 156  * rules. */
 157 void
 158 classifier_init(struct classifier *cls)
 159 {
 160     int i;
 161
 162     cls->n_rules = 0;
 163     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(cls->tables); i++) {
 164         hmap_init(&cls->tables[i]);
 165     }
 166     hmap_init(&cls->exact_table);
 167 }
 168
 169 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
 170  * caller's responsibility. */
 171 void
 172 classifier_destroy(struct classifier *cls)
 173 {
 174     if (cls) {
 175         struct cls_bucket *bucket, *next_bucket;
 176         struct hmap *tbl;
 177
 178         for (tbl = &cls->tables[0]; tbl < &cls->tables[CLS_N_FIELDS]; tbl++) {
 179             HMAP_FOR_EACH_SAFE (bucket, next_bucket,
 180                                 struct cls_bucket, hmap_node, tbl) {
 181                 free(bucket);
 182             }
 183             hmap_destroy(tbl);
 184         }
 185         hmap_destroy(&cls->exact_table);
 186     }
 187 }
 188
 189 /* Returns true if 'cls' does not contain any classification rules, false
 190  * otherwise. */
 191 bool
 192 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
 193 {
 194     return cls->n_rules == 0;
 195 }
 196
 197 /* Returns the number of rules in 'classifier'. */
 198 int
 199 classifier_count(const struct classifier *cls)
 200 {
 201     return cls->n_rules;
 202 }
 203
 204 /* Returns the number of rules in 'classifier' that have no wildcards. */
 205 int
 206 classifier_count_exact(const struct classifier *cls)
 207 {
 208     return hmap_count(&cls->exact_table);
 209 }
 210
 211 /* Returns the number of rules in 'classifier' that have at least one
 212  * wildcard. */
 213 int
 214 classifier_count_wild(const struct classifier *cls)
 215 {
 216     return classifier_count(cls) - classifier_count_exact(cls);
 217 }
 218
 219 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Transfers ownership of 'rule' to 'cls'.
 220  *
 221  * If 'cls' already contains an identical rule (including wildcards, values of
 222  * fixed fields, and priority), replaces the old rule by 'rule' and returns the
 223  * rule that was replaced.  The caller takes ownership of the returned rule and
 224  * is thus responsible for freeing it, etc., as necessary.
 225  *
 226  * Returns NULL if 'cls' does not contain a rule with an identical key, after
 227  * inserting the new rule.  In this case, no rules are displaced by the new
 228  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
 229  * superset of their flows and has higher priority. */
 230 struct cls_rule *
 231 classifier_insert(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
 232 {
 233     struct cls_rule *old;
 234     assert((rule->flow.wildcards == 0) == (rule->table_idx == CLS_F_IDX_EXACT));
 235     old = (rule->flow.wildcards
 236            ? table_insert(&cls->tables[rule->table_idx], rule)
 237            : insert_exact_rule(cls, rule));
 238     if (!old) {
 239         cls->n_rules++;
 240     }
 241     return old;
 242 }
 243
 244 /* Inserts 'rule' into 'cls'.  Transfers ownership of 'rule' to 'cls'.
 245  *
 246  * 'rule' must be an exact-match rule (rule->flow.wildcards must be 0) and 'cls'
 247  * must not contain any rule with an identical key. */
 248 void
 249 classifier_insert_exact(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
 250 {
 251     hmap_insert(&cls->exact_table, &rule->node.hmap,
 252                 flow_hash(&rule->flow, 0));
 253     cls->n_rules++;
 254 }
 255
 256 /* Removes 'rule' from 'cls'.  It is caller's responsibility to free 'rule', if
 257  * this is desirable. */
 258 void
 259 classifier_remove(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
 260 {
 261     if (rule->flow.wildcards) {
 262         /* Remove 'rule' from bucket.  If that empties the bucket, remove the
 263          * bucket from its table. */
 264         struct hmap *table = &cls->tables[rule->table_idx];
 265         struct list *rules = list_remove(&rule->node.list);
 266         if (list_is_empty(rules)) {
 267             /* This code is a little tricky.  list_remove() returns the list
 268              * element just after the one removed.  Since the list is now
 269              * empty, this will be the address of the 'rules' member of the
 270              * bucket that was just emptied, so pointer arithmetic (via
 271              * CONTAINER_OF) can find that bucket. */
 272             struct cls_bucket *bucket;
 273             bucket = CONTAINER_OF(rules, struct cls_bucket, rules);
 274             hmap_remove(table, &bucket->hmap_node);
 275             free(bucket);
 276         }
 277     } else {
 278         /* Remove 'rule' from cls->exact_table. */
 279         hmap_remove(&cls->exact_table, &rule->node.hmap);
 280     }
 281     cls->n_rules--;
 282 }
 283
 284 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow'.
 285  * Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.  If multiple rules
 286  * of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
 287  *
 288  * (When multiple rules of equal priority happen to fall into the same bucket,
 289  * rules added more recently take priority over rules added less recently, but
 290  * this is subject to change and should not be depended upon.) */
 291 struct cls_rule *
 292 classifier_lookup(const struct classifier *cls, const flow_t *flow)
 293 {
 294     struct cls_rule *rule = classifier_lookup_exact(cls, flow);
 295     if (!rule) {
 296         rule = classifier_lookup_wild(cls, flow);
 297     }
 298     return rule;
 299 }
 300
 301 struct cls_rule *
 302 classifier_lookup_exact(const struct classifier *cls, const flow_t *flow)
 303 {
 304     return (!hmap_is_empty(&cls->exact_table)
 305             ? search_exact_table(cls, flow_hash(flow, 0), flow)
 306             : NULL);
 307 }
 308
 309 struct cls_rule *
 310 classifier_lookup_wild(const struct classifier *cls, const flow_t *flow)
 311 {
 312     struct cls_rule *best = NULL;
 313     if (cls->n_rules > hmap_count(&cls->exact_table)) {
 314         struct cls_rule target;
 315         int i;
 316
 317         cls_rule_from_flow(flow, &target);
 318         for (i = 0; i < CLS_N_FIELDS; i++) {
 319             struct cls_rule *rule = search_table(&cls->tables[i], i, &target);
 320             if (rule && (!best || rule->flow.priority > best->flow.priority)) {
 321                 best = rule;
 322             }
 323         }
 324     }
 325     return best;
 326 }
 327
 328 struct cls_rule *
 329 classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
 330                              const flow_t *target)
 331 {
 332     struct cls_bucket *bucket;
 333     int table_idx;
 334     uint32_t hash;
 335
 336     if (!target->wildcards) {
 337         /* Ignores 'priority'. */
 338         return search_exact_table(cls, flow_hash(target, 0), target);
 339     }
 340
 341     assert(target->wildcards == (target->wildcards & OVSFW_ALL));
 342     table_idx = table_idx_from_wildcards(target->wildcards);
 343     hash = hash_fields(target, table_idx);
 344     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (bucket, struct cls_bucket, hmap_node, hash,
 345                              &cls->tables[table_idx]) {
 346         if (equal_fields(&bucket->fixed, target, table_idx)) {
 347             struct cls_rule *pos;
 348             LIST_FOR_EACH (pos, struct cls_rule, node.list, &bucket->rules) {
 349                 if (pos->flow.priority < target->priority) {
 350                     return NULL;
 351                 } else if (pos->flow.priority == target->priority &&
 352                            pos->flow.wildcards == target->wildcards &&
 353                            flow_equal(target, &pos->flow)) {
 354                     return pos;
 355                 }
 356             }
 357         }
 358     }
 359     return NULL;
 360 }
 361
 362 /* Checks if the flow defined by 'target' overlaps with any other rule at the
 363  * same priority in the classifier.  Two rules are considered overlapping if a
 364  * packet could match both. */
 365 bool
 366 classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls, const flow_t *target)
 367 {
 368     struct cls_rule target_rule;
 369     const struct hmap *tbl;
 370
 371     if (!target->wildcards) {
 372         return search_exact_table(cls, flow_hash(target, 0), target) ?
 373             true : false;
 374     }
 375
 376     cls_rule_from_flow(target, &target_rule);
 377
 378     for (tbl = &cls->tables[0]; tbl < &cls->tables[CLS_N_FIELDS]; tbl++) {
 379         struct cls_bucket *bucket;
 380
 381         HMAP_FOR_EACH (bucket, struct cls_bucket, hmap_node, tbl) {
 382             struct cls_rule *rule;
 383
 384             LIST_FOR_EACH (rule, struct cls_rule, node.list,
 385                            &bucket->rules) {
 386                 if (rule->flow.priority == target->priority
 387                         && rules_match_2wild(rule, &target_rule, 0)) {
 388                     return true;
 389                 }
 390             }
 391         }
 392     }
 393
 394     return false;
 395 }
 396
 397 /* Ignores target->flow.priority.
 398  *
 399  * 'callback' is allowed to delete the rule that is passed as its argument, but
 400  * it must not delete (or move) any other rules in 'cls' that are in the same
 401  * table as the argument rule.  Two rules are in the same table if their
 402  * cls_rule structs have the same table_idx; as a special case, a rule with
 403  * wildcards and an exact-match rule will never be in the same table. */
 404 void
 405 classifier_for_each_match(const struct classifier *cls,
 406                           const flow_t *target_flow,
 407                           int include, cls_cb_func *callback, void *aux)
 408 {
 409     struct cls_rule target;
 410
 411     cls_rule_from_flow(target_flow, &target);
 412     if (include & CLS_INC_WILD) {
 413         const struct hmap *table;
 414
 415         for (table = &cls->tables[0]; table < &cls->tables[CLS_N_FIELDS];
 416              table++) {
 417             struct cls_bucket *bucket, *next_bucket;
 418
 419             HMAP_FOR_EACH_SAFE (bucket, next_bucket,
 420                                 struct cls_bucket, hmap_node, table) {
 421                 /* XXX there is a bit of room for optimization here based on
 422                  * rejecting entire buckets on their fixed fields, but it will
 423                  * only be worthwhile for big buckets (which we hope we won't
 424                  * get anyway, but...) */
 425                 struct cls_rule *prev_rule, *rule;
 426
 427                 /* We can't just use LIST_FOR_EACH_SAFE here because, if the
 428                  * callback deletes the last rule in the bucket, then the
 429                  * bucket itself will be destroyed.  The bucket contains the
 430                  * list head so that's a use-after-free error. */
 431                 prev_rule = NULL;
 432                 LIST_FOR_EACH (rule, struct cls_rule, node.list,
 433                                &bucket->rules) {
 434                     if (rules_match_1wild(rule, &target, 0)) {
 435                         if (prev_rule) {
 436                             callback(prev_rule, aux);
 437                         }
 438                         prev_rule = rule;
 439                     }
 440                 }
 441                 if (prev_rule) {
 442                     callback(prev_rule, aux);
 443                 }
 444             }
 445         }
 446     }
 447
 448     if (include & CLS_INC_EXACT) {
 449         if (target.flow.wildcards) {
 450             struct cls_rule *rule, *next_rule;
 451
 452             HMAP_FOR_EACH_SAFE (rule, next_rule, struct cls_rule, node.hmap,
 453                                 &cls->exact_table) {
 454                 if (rules_match_1wild(rule, &target, 0)) {
 455                     callback(rule, aux);
 456                 }
 457             }
 458         } else {
 459             /* Optimization: there can be at most one match in the exact
 460              * table. */
 461             size_t hash = flow_hash(&target.flow, 0);
 462             struct cls_rule *rule = search_exact_table(cls, hash,
 463                                                        &target.flow);
 464             if (rule) {
 465                 callback(rule, aux);
 466             }
 467         }
 468     }
 469 }
 470
 471 /* 'callback' is allowed to delete the rule that is passed as its argument, but
 472  * it must not delete (or move) any other rules in 'cls' that are in the same
 473  * table as the argument rule.  Two rules are in the same table if their
 474  * cls_rule structs have the same table_idx; as a special case, a rule with
 475  * wildcards and an exact-match rule will never be in the same table. */
 476 void
 477 classifier_for_each(const struct classifier *cls, int include,
 478                     void (*callback)(struct cls_rule *, void *aux),
 479                     void *aux)
 480 {
 481     if (include & CLS_INC_WILD) {
 482         const struct hmap *tbl;
 483
 484         for (tbl = &cls->tables[0]; tbl < &cls->tables[CLS_N_FIELDS]; tbl++) {
 485             struct cls_bucket *bucket, *next_bucket;
 486
 487             HMAP_FOR_EACH_SAFE (bucket, next_bucket,
 488                                 struct cls_bucket, hmap_node, tbl) {
 489                 struct cls_rule *prev_rule, *rule;
 490
 491                 /* We can't just use LIST_FOR_EACH_SAFE here because, if the
 492                  * callback deletes the last rule in the bucket, then the
 493                  * bucket itself will be destroyed.  The bucket contains the
 494                  * list head so that's a use-after-free error. */
 495                 prev_rule = NULL;
 496                 LIST_FOR_EACH (rule, struct cls_rule, node.list,
 497                                &bucket->rules) {
 498                     if (prev_rule) {
 499                         callback(prev_rule, aux);
 500                     }
 501                     prev_rule = rule;
 502                 }
 503                 if (prev_rule) {
 504                     callback(prev_rule, aux);
 505                 }
 506             }
 507         }
 508     }
 509
 510     if (include & CLS_INC_EXACT) {
 511         struct cls_rule *rule, *next_rule;
 512
 513         HMAP_FOR_EACH_SAFE (rule, next_rule,
 514                             struct cls_rule, node.hmap, &cls->exact_table) {
 515             callback(rule, aux);
 516         }
 517     }
 518 }
 519 \f
 520 static struct cls_bucket *create_bucket(struct hmap *, size_t hash,
 521                                         const flow_t *fixed);
 522 static struct cls_rule *bucket_insert(struct cls_bucket *, struct cls_rule *);
 523
 524 static inline bool equal_bytes(const void *, const void *, size_t n);
 525
 526 /* Returns a hash computed across the fields in 'flow' whose field indexes
 527  * (CLS_F_IDX_*) are less than 'table_idx'.  (If 'table_idx' is
 528  * CLS_F_IDX_EXACT, hashes all the fields in 'flow'). */
 529 static uint32_t
 530 hash_fields(const flow_t *flow, int table_idx)
 531 {
 532     /* I just know I'm going to hell for writing code this way.
 533      *
 534      * GCC generates pretty good code here, with only a single taken
 535      * conditional jump per execution.  Now the question is, would we be better
 536      * off marking this function ALWAYS_INLINE and writing a wrapper that
 537      * switches on the value of 'table_idx' to get rid of all the conditional
 538      * jumps entirely (except for one in the wrapper)?  Honestly I really,
 539      * really hope that it doesn't matter in practice.
 540      *
 541      * We could do better by calculating hashes incrementally, instead of
 542      * starting over from the top each time.  But that would be even uglier. */
 543     uint32_t a, b, c;
 544     uint32_t tmp[3];
 545     size_t n;
 546
 547     a = b = c = 0xdeadbeef + table_idx;
 548     n = 0;
 549
 550 #define CLS_FIELD(WILDCARDS, MEMBER, NAME)                      \
 551     if (table_idx == CLS_F_IDX_##NAME) {                        \
 552         /* Done. */                                             \
 553         memset((uint8_t *) tmp + n, 0, sizeof tmp - n);         \
 554         goto finish;                                            \
 555     } else {                                                    \
 556         const size_t size = sizeof flow->MEMBER;                \
 557         const uint8_t *p1 = (const uint8_t *) &flow->MEMBER;    \
 558         const size_t p1_size = MIN(sizeof tmp - n, size);       \
 559         const uint8_t *p2 = p1 + p1_size;                       \
 560         const size_t p2_size = size - p1_size;                  \
 561                                                                 \
 562         /* Append to 'tmp' as much data as will fit. */         \
 563         memcpy((uint8_t *) tmp + n, p1, p1_size);               \
 564         n += p1_size;                                           \
 565                                                                 \
 566         /* If 'tmp' is full, mix. */                            \
 567         if (n == sizeof tmp) {                                  \
 568             a += tmp[0];                                        \
 569             b += tmp[1];                                        \
 570             c += tmp[2];                                        \
 571             HASH_MIX(a, b, c);                                  \
 572             n = 0;                                              \
 573         }                                                       \
 574                                                                 \
 575         /* Append to 'tmp' any data that didn't fit. */         \
 576         memcpy(tmp, p2, p2_size);                               \
 577         n += p2_size;                                           \
 578     }
 579     CLS_FIELDS
 580 #undef CLS_FIELD
 581
 582 finish:
 583     a += tmp[0];
 584     b += tmp[1];
 585     c += tmp[2];
 586     HASH_FINAL(a, b, c);
 587     return c;
 588 }
 589
 590 /* Compares the fields in 'a' and 'b' whose field indexes (CLS_F_IDX_*) are
 591  * less than 'table_idx'.  (If 'table_idx' is CLS_F_IDX_EXACT, compares all the
 592  * fields in 'a' and 'b').
 593  *
 594  * Returns true if all the compared fields are equal, false otherwise. */
 595 static bool
 596 equal_fields(const flow_t *a, const flow_t *b, int table_idx)
 597 {
 598     /* XXX The generated code could be better here. */
 599 #define CLS_FIELD(WILDCARDS, MEMBER, NAME)                              \
 600     if (table_idx == CLS_F_IDX_##NAME) {                                \
 601         return true;                                                    \
 602     } else if (!equal_bytes(&a->MEMBER, &b->MEMBER, sizeof a->MEMBER)) { \
 603         return false;                                                   \
 604     }
 605     CLS_FIELDS
 606 #undef CLS_FIELD
 607
 608     return true;
 609 }
 610
 611 static int
 612 table_idx_from_wildcards(uint32_t wildcards)
 613 {
 614     if (!wildcards) {
 615         return CLS_F_IDX_EXACT;
 616     }
 617 #define CLS_FIELD(WILDCARDS, MEMBER, NAME) \
 618     if (wildcards & WILDCARDS) {           \
 619         return CLS_F_IDX_##NAME;           \
 620     }
 621     CLS_FIELDS
 622 #undef CLS_FIELD
 623     NOT_REACHED();
 624 }
 625
 626 /* Inserts 'rule' into 'table'.  Returns the rule, if any, that was displaced
 627  * in favor of 'rule'. */
 628 static struct cls_rule *
 629 table_insert(struct hmap *table, struct cls_rule *rule)
 630 {
 631     struct cls_bucket *bucket;
 632     size_t hash;
 633
 634     hash = hash_fields(&rule->flow, rule->table_idx);
 635     bucket = find_bucket(table, hash, rule);
 636     if (!bucket) {
 637         bucket = create_bucket(table, hash, &rule->flow);
 638     }
 639
 640     return bucket_insert(bucket, rule);
 641 }
 642
 643 /* Inserts 'rule' into 'bucket', given that 'field' is the first wildcarded
 644  * field in 'rule'.
 645  *
 646  * Returns the rule, if any, that was displaced in favor of 'rule'. */
 647 static struct cls_rule *
 648 bucket_insert(struct cls_bucket *bucket, struct cls_rule *rule)
 649 {
 650     struct cls_rule *pos;
 651     LIST_FOR_EACH (pos, struct cls_rule, node.list, &bucket->rules) {
 652         if (pos->flow.priority == rule->flow.priority) {
 653             if (pos->flow.wildcards == rule->flow.wildcards
 654                 && rules_match_1wild(pos, rule, rule->table_idx))
 655             {
 656                 list_replace(&rule->node.list, &pos->node.list);
 657                 return pos;
 658             }
 659         } else if (pos->flow.priority < rule->flow.priority) {
 660             break;
 661         }
 662     }
 663     list_insert(&pos->node.list, &rule->node.list);
 664     return NULL;
 665 }
 666
 667 static struct cls_rule *
 668 insert_exact_rule(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
 669 {
 670     struct cls_rule *old_rule;
 671     size_t hash;
 672
 673     hash = flow_hash(&rule->flow, 0);
 674     old_rule = search_exact_table(cls, hash, &rule->flow);
 675     if (old_rule) {
 676         hmap_remove(&cls->exact_table, &old_rule->node.hmap);
 677     }
 678     hmap_insert(&cls->exact_table, &rule->node.hmap, hash);
 679     return old_rule;
 680 }
 681
 682 /* Returns the bucket in 'table' that has the given 'hash' and the same fields
 683  * as 'rule->flow' (up to 'rule->table_idx'), or a null pointer if no bucket
 684  * matches. */
 685 static struct cls_bucket *
 686 find_bucket(struct hmap *table, size_t hash, const struct cls_rule *rule)
 687 {
 688     struct cls_bucket *bucket;
 689     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (bucket, struct cls_bucket, hmap_node, hash,
 690                              table) {
 691         if (equal_fields(&bucket->fixed, &rule->flow, rule->table_idx)) {
 692             return bucket;
 693         }
 694     }
 695     return NULL;
 696 }
 697
 698 /* Creates a bucket and inserts it in 'table' with the given 'hash' and 'fixed'
 699  * values.  Returns the new bucket. */
 700 static struct cls_bucket *
 701 create_bucket(struct hmap *table, size_t hash, const flow_t *fixed)
 702 {
 703     struct cls_bucket *bucket = xmalloc(sizeof *bucket);
 704     list_init(&bucket->rules);
 705     bucket->fixed = *fixed;
 706     hmap_insert(table, &bucket->hmap_node, hash);
 707     return bucket;
 708 }
 709
 710 /* Returns true if the 'n' bytes in 'a' and 'b' are equal, false otherwise. */
 711 static inline bool ALWAYS_INLINE
 712 equal_bytes(const void *a, const void *b, size_t n)
 713 {
 714 #ifdef __i386__
 715     /* For some reason GCC generates stupid code for memcmp() of small
 716      * constant integer lengths.  Help it out.
 717      *
 718      * This function is always inlined, and it is always called with 'n' as a
 719      * compile-time constant, so the switch statement gets optimized out and
 720      * this whole function just expands to an instruction or two. */
 721     switch (n) {
 722     case 1:
 723         return *(uint8_t *) a == *(uint8_t *) b;
 724
 725     case 2:
 726         return *(uint16_t *) a == *(uint16_t *) b;
 727
 728     case 4:
 729         return *(uint32_t *) a == *(uint32_t *) b;
 730
 731     case 6:
 732         return (*(uint32_t *) a == *(uint32_t *) b
 733                 && ((uint16_t *) a)[2] == ((uint16_t *) b)[2]);
 734
 735     default:
 736         abort();
 737     }
 738 #else
 739     /* I hope GCC is smarter on your platform. */
 740     return !memcmp(a, b, n);
 741 #endif
 742 }
 743
 744 /* Returns the 32-bit unsigned integer at 'p'. */
 745 static inline uint32_t
 746 read_uint32(const void *p)
 747 {
 748     /* GCC optimizes this into a single machine instruction on x86. */
 749     uint32_t x;
 750     memcpy(&x, p, sizeof x);
 751     return x;
 752 }
 753
 754 /* Compares the specified field in 'a' and 'b'.  Returns true if the fields are
 755  * equal, or if the ofp_match wildcard bits in 'wildcards' are set such that
 756  * non-equal values may be ignored.  'nw_src_mask' and 'nw_dst_mask' must be
 757  * those that would be set for 'wildcards' by cls_rule_set_masks().
 758  *
 759  * The compared field is the one with wildcard bit or bits 'field_wc', offset
 760  * 'rule_ofs' within cls_rule's "fields" member, and length 'len', in bytes. */
 761 static inline bool ALWAYS_INLINE
 762 field_matches(const flow_t *a_, const flow_t *b_,
 763               uint32_t wildcards, uint32_t nw_src_mask, uint32_t nw_dst_mask,
 764               uint32_t field_wc, int ofs, int len)
 765 {
 766     /* This function is always inlined, and it is always called with 'field_wc'
 767      * as a compile-time constant, so the "if" conditionals here generate no
 768      * code. */
 769     const void *a = (const uint8_t *) a_ + ofs;
 770     const void *b = (const uint8_t *) b_ + ofs;
 771     if (!(field_wc & (field_wc - 1))) {
 772         /* Handle all the single-bit wildcard cases. */
 773         return wildcards & field_wc || equal_bytes(a, b, len);
 774     } else if (field_wc == OFPFW_NW_SRC_MASK ||
 775                field_wc == OFPFW_NW_DST_MASK) {
 776         uint32_t a_ip = read_uint32(a);
 777         uint32_t b_ip = read_uint32(b);
 778         uint32_t mask = (field_wc == OFPFW_NW_SRC_MASK
 779                          ? nw_src_mask : nw_dst_mask);
 780         return ((a_ip ^ b_ip) & mask) == 0;
 781     } else {
 782         abort();
 783     }
 784 }
 785
 786 /* Returns true if 'a' and 'b' match, ignoring fields for which the wildcards
 787  * in 'wildcards' are set.  'nw_src_mask' and 'nw_dst_mask' must be those that
 788  * would be set for 'wildcards' by cls_rule_set_masks().  'field_idx' is the
 789  * index of the first field to be compared; fields before 'field_idx' are
 790  * assumed to match.  (Always returns true if 'field_idx' is CLS_N_FIELDS.) */
 791 static bool
 792 rules_match(const struct cls_rule *a, const struct cls_rule *b,
 793             uint32_t wildcards, uint32_t nw_src_mask, uint32_t nw_dst_mask,
 794             int field_idx)
 795 {
 796     /* This is related to Duff's device (see
 797      * http://en.wikipedia.org/wiki/Duff's_device).  */
 798     switch (field_idx) {
 799 #define CLS_FIELD(WILDCARDS, MEMBER, NAME)                          \
 800         case CLS_F_IDX_##NAME:                                      \
 801             if (!field_matches(&a->flow, &b->flow,                  \
 802                                wildcards, nw_src_mask, nw_dst_mask, \
 803                                WILDCARDS, offsetof(flow_t, MEMBER), \
 804                                sizeof a->flow.MEMBER)) {            \
 805                 return false;                                       \
 806             }                                                       \
 807         /* Fall though */
 808         CLS_FIELDS
 809 #undef CLS_FIELD
 810     }
 811     return true;
 812 }
 813
 814 /* Returns true if 'fixed' and 'wild' match.  All fields in 'fixed' must have
 815  * fixed values; 'wild' may contain wildcards.
 816  *
 817  * 'field_idx' is the index of the first field to be compared; fields before
 818  * 'field_idx' are assumed to match.  Always returns true if 'field_idx' is
 819  * CLS_N_FIELDS. */
 820 static bool
 821 rules_match_1wild(const struct cls_rule *fixed, const struct cls_rule *wild,
 822                   int field_idx)
 823 {
 824     return rules_match(fixed, wild, wild->flow.wildcards, wild->wc.nw_src_mask,
 825                        wild->wc.nw_dst_mask, field_idx);
 826 }
 827
 828 /* Returns true if 'wild1' and 'wild2' match, that is, if their fields
 829  * are equal modulo wildcards in 'wild1' or 'wild2'.
 830  *
 831  * 'field_idx' is the index of the first field to be compared; fields before
 832  * 'field_idx' are assumed to match.  Always returns true if 'field_idx' is
 833  * CLS_N_FIELDS. */
 834 static bool
 835 rules_match_2wild(const struct cls_rule *wild1, const struct cls_rule *wild2,
 836                   int field_idx)
 837 {
 838     return rules_match(wild1, wild2,
 839                        wild1->flow.wildcards | wild2->flow.wildcards,
 840                        wild1->wc.nw_src_mask & wild2->wc.nw_src_mask,
 841                        wild1->wc.nw_dst_mask & wild2->wc.nw_dst_mask,
 842                        field_idx);
 843 }
 844
 845 /* Searches 'bucket' for a rule that matches 'target'.  Returns the
 846  * highest-priority match, if one is found, or a null pointer if there is no
 847  * match.
 848  *
 849  * 'field_idx' must be the index of the first wildcarded field in 'bucket'. */
 850 static struct cls_rule *
 851 search_bucket(struct cls_bucket *bucket, int field_idx,
 852               const struct cls_rule *target)
 853 {
 854     struct cls_rule *pos;
 855
 856     if (!equal_fields(&bucket->fixed, &target->flow, field_idx)) {
 857         return NULL;
 858     }
 859
 860     LIST_FOR_EACH (pos, struct cls_rule, node.list, &bucket->rules) {
 861         if (rules_match_1wild(target, pos, field_idx)) {
 862             return pos;
 863         }
 864     }
 865     return NULL;
 866 }
 867
 868 /* Searches 'table' for a rule that matches 'target'.  Returns the
 869  * highest-priority match, if one is found, or a null pointer if there is no
 870  * match.
 871  *
 872  * 'field_idx' must be the index of the first wildcarded field in 'table'. */
 873 static struct cls_rule *
 874 search_table(const struct hmap *table, int field_idx,
 875              const struct cls_rule *target)
 876 {
 877     struct cls_bucket *bucket;
 878
 879     switch (hmap_count(table)) {
 880         /* In these special cases there's no need to hash.  */
 881     case 0:
 882         return NULL;
 883     case 1:
 884         bucket = CONTAINER_OF(hmap_first(table), struct cls_bucket, hmap_node);
 885         return search_bucket(bucket, field_idx, target);
 886     }
 887
 888     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (bucket, struct cls_bucket, hmap_node,
 889                              hash_fields(&target->flow, field_idx), table) {
 890         struct cls_rule *rule = search_bucket(bucket, field_idx, target);
 891         if (rule) {
 892             return rule;
 893         }
 894     }
 895     return NULL;
 896 }
 897
 898 static struct cls_rule *
 899 search_exact_table(const struct classifier *cls, size_t hash,
 900                    const flow_t *target)
 901 {
 902     struct cls_rule *rule;
 903
 904     HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, struct cls_rule, node.hmap,
 905                              hash, &cls->exact_table) {
 906         if (flow_equal(&rule->flow, target)) {
 907             return rule;
 908         }
 909     }
 910     return NULL;
 911 }