classifier: Use array for subtables instead of a list.
[sliver-openvswitch.git] / lib / classifier.c
index 30a91b7..67b2c28 100644 (file)
 
 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(classifier);
 
+struct trie_node;
+
+/* Prefix trie for a 'field' */
+struct cls_trie {
+    const struct mf_field *field; /* Trie field, or NULL. */
+    struct trie_node *root;       /* NULL if none. */
+};
+
+struct cls_subtable_entry {
+    struct cls_subtable *subtable;
+    uint32_t *mask_values;
+    tag_type tag;
+    unsigned int max_priority;
+};
+
+struct cls_subtable_cache {
+    struct cls_subtable_entry *subtables;
+    size_t alloc_size;     /* Number of allocated elements. */
+    size_t size;           /* One past last valid array element. */
+};
+
+struct cls_classifier {
+    int n_rules;                /* Total number of rules. */
+    uint8_t n_flow_segments;
+    uint8_t flow_segments[CLS_MAX_INDICES]; /* Flow segment boundaries to use
+                                             * for staged lookup. */
+    struct hmap subtables;      /* Contains "struct cls_subtable"s.  */
+    struct cls_subtable_cache subtables_priority;
+    struct hmap partitions;     /* Contains "struct cls_partition"s. */
+    struct cls_trie tries[CLS_MAX_TRIES]; /* Prefix tries. */
+    unsigned int n_tries;
+};
+
+/* A set of rules that all have the same fields wildcarded. */
+struct cls_subtable {
+    struct hmap_node hmap_node; /* Within struct cls_classifier 'subtables'
+                                 * hmap. */
+    struct hmap rules;          /* Contains "struct cls_rule"s. */
+    struct minimask mask;       /* Wildcards for fields. */
+    int n_rules;                /* Number of rules, including duplicates. */
+    unsigned int max_priority;  /* Max priority of any rule in the subtable. */
+    unsigned int max_count;     /* Count of max_priority rules. */
+    tag_type tag;               /* Tag generated from mask for partitioning. */
+    uint8_t n_indices;           /* How many indices to use. */
+    uint8_t index_ofs[CLS_MAX_INDICES]; /* u32 flow segment boundaries. */
+    struct hindex indices[CLS_MAX_INDICES]; /* Staged lookup indices. */
+    unsigned int trie_plen[CLS_MAX_TRIES];  /* Trie prefix length in 'mask'. */
+};
+
+/* Associates a metadata value (that is, a value of the OpenFlow 1.1+ metadata
+ * field) with tags for the "cls_subtable"s that contain rules that match that
+ * metadata value.  */
+struct cls_partition {
+    struct hmap_node hmap_node; /* In struct cls_classifier's 'partitions'
+                                 * hmap. */
+    ovs_be64 metadata;          /* metadata value for this partition. */
+    tag_type tags;              /* OR of each flow's cls_subtable tag. */
+    struct tag_tracker tracker; /* Tracks the bits in 'tags'. */
+};
+
+
+
 struct trie_ctx;
-static struct cls_subtable *find_subtable(const struct classifier *,
+static struct cls_subtable *find_subtable(const struct cls_classifier *,
                                           const struct minimask *);
-static struct cls_subtable *insert_subtable(struct classifier *,
+static struct cls_subtable *insert_subtable(struct cls_classifier *,
                                             const struct minimask *);
 
-static void destroy_subtable(struct classifier *, struct cls_subtable *);
+static void destroy_subtable(struct cls_classifier *, struct cls_subtable *);
 
-static void update_subtables_after_insertion(struct classifier *,
+static void update_subtables_after_insertion(struct cls_classifier *,
                                              struct cls_subtable *,
                                              unsigned int new_priority);
-static void update_subtables_after_removal(struct classifier *,
+static void update_subtables_after_removal(struct cls_classifier *,
                                            struct cls_subtable *,
                                            unsigned int del_priority);
 
@@ -51,7 +113,7 @@ static struct cls_rule *find_match_wc(const struct cls_subtable *,
                                       struct flow_wildcards *);
 static struct cls_rule *find_equal(struct cls_subtable *,
                                    const struct miniflow *, uint32_t hash);
-static struct cls_rule *insert_rule(struct classifier *,
+static struct cls_rule *insert_rule(struct cls_classifier *,
                                     struct cls_subtable *, struct cls_rule *);
 
 /* Iterates RULE over HEAD and all of the cls_rules on HEAD->list. */
@@ -67,7 +129,7 @@ static struct cls_rule *next_rule_in_list(struct cls_rule *);
 
 static unsigned int minimask_get_prefix_len(const struct minimask *,
                                             const struct mf_field *);
-static void trie_init(struct classifier *, int trie_idx,
+static void trie_init(struct cls_classifier *, int trie_idx,
                       const struct mf_field *);
 static unsigned int trie_lookup(const struct cls_trie *, const struct flow *,
                                 unsigned int *checkbits);
@@ -79,6 +141,262 @@ static void mask_set_prefix_bits(struct flow_wildcards *, uint8_t be32ofs,
                                  unsigned int nbits);
 static bool mask_prefix_bits_set(const struct flow_wildcards *,
                                  uint8_t be32ofs, unsigned int nbits);
+
+static void
+cls_subtable_cache_init(struct cls_subtable_cache *array)
+{
+    memset(array, 0, sizeof *array);
+}
+
+static void
+cls_subtable_cache_destroy(struct cls_subtable_cache *array)
+{
+    free(array->subtables);
+    memset(array, 0, sizeof *array);
+}
+
+/* Array insertion. */
+static void
+cls_subtable_cache_push_back(struct cls_subtable_cache *array,
+                             struct cls_subtable_entry a)
+{
+    if (array->size == array->alloc_size) {
+        array->subtables = x2nrealloc(array->subtables, &array->alloc_size,
+                                      sizeof a);
+    }
+
+    array->subtables[array->size++] = a;
+}
+
+/* Only for rearranging entries in the same cache. */
+static inline void
+cls_subtable_cache_splice(struct cls_subtable_entry *to,
+                          struct cls_subtable_entry *start,
+                          struct cls_subtable_entry *end)
+{
+    if (to > end) {
+        /* Same as splicing entries to (start) from [end, to). */
+        struct cls_subtable_entry *temp = to;
+        to = start; start = end; end = temp;
+    }
+    if (to < start) {
+        while (start != end) {
+            struct cls_subtable_entry temp = *start;
+
+            memmove(to + 1, to, (start - to) * sizeof *to);
+            *to = temp;
+            start++;
+        }
+    } /* Else nothing to be done. */
+}
+
+/* Array removal. */
+static inline void
+cls_subtable_cache_remove(struct cls_subtable_cache *array,
+                          struct cls_subtable_entry *elem)
+{
+    ssize_t size = (&array->subtables[array->size]
+                    - (elem + 1)) * sizeof *elem;
+    if (size > 0) {
+        memmove(elem, elem + 1, size);
+    }
+    array->size--;
+}
+
+#define CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH(SUBTABLE, ITER, ARRAY)      \
+    for (ITER = (ARRAY)->subtables;                             \
+         ITER < &(ARRAY)->subtables[(ARRAY)->size]              \
+             && OVS_LIKELY(SUBTABLE = ITER->subtable);          \
+         ++ITER)
+#define CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_CONTINUE(SUBTABLE, ITER, ARRAY) \
+    for (++ITER;                                                    \
+         ITER < &(ARRAY)->subtables[(ARRAY)->size]                  \
+             && OVS_LIKELY(SUBTABLE = ITER->subtable);              \
+         ++ITER)
+#define CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_REVERSE(SUBTABLE, ITER, ARRAY)  \
+    for (ITER = &(ARRAY)->subtables[(ARRAY)->size];                 \
+         ITER > (ARRAY)->subtables                                  \
+             && OVS_LIKELY(SUBTABLE = (--ITER)->subtable);)
+
+\f
+/* flow/miniflow/minimask/minimatch utilities.
+ * These are only used by the classifier, so place them here to allow
+ * for better optimization. */
+
+static inline uint64_t
+miniflow_get_map_in_range(const struct miniflow *miniflow,
+                          uint8_t start, uint8_t end, unsigned int *offset)
+{
+    uint64_t map = miniflow->map;
+    *offset = 0;
+
+    if (start > 0) {
+        uint64_t msk = (UINT64_C(1) << start) - 1; /* 'start' LSBs set */
+        *offset = count_1bits(map & msk);
+        map &= ~msk;
+    }
+    if (end < FLOW_U32S) {
+        uint64_t msk = (UINT64_C(1) << end) - 1; /* 'end' LSBs set */
+        map &= msk;
+    }
+    return map;
+}
+
+/* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
+ * 'mask', given 'basis'.
+ *
+ * The hash values returned by this function are the same as those returned by
+ * miniflow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
+static inline uint32_t
+flow_hash_in_minimask(const struct flow *flow, const struct minimask *mask,
+                      uint32_t basis)
+{
+    const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
+    const uint32_t *p = mask->masks.values;
+    uint32_t hash;
+    uint64_t map;
+
+    hash = basis;
+    for (map = mask->masks.map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
+        hash = mhash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
+    }
+
+    return mhash_finish(hash, (p - mask->masks.values) * 4);
+}
+
+/* Returns a hash value for the bits of 'flow' where there are 1-bits in
+ * 'mask', given 'basis'.
+ *
+ * The hash values returned by this function are the same as those returned by
+ * flow_hash_in_minimask(), only the form of the arguments differ. */
+static inline uint32_t
+miniflow_hash_in_minimask(const struct miniflow *flow,
+                          const struct minimask *mask, uint32_t basis)
+{
+    const uint32_t *p = mask->masks.values;
+    uint32_t hash = basis;
+    uint32_t flow_u32;
+
+    MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(flow_u32, flow, mask->masks.map) {
+        hash = mhash_add(hash, flow_u32 & *p++);
+    }
+
+    return mhash_finish(hash, (p - mask->masks.values) * 4);
+}
+
+/* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'flow',
+ * where there are 1-bits in 'mask', given 'hash'.
+ *
+ * The hash values returned by this function are the same as those returned by
+ * minimatch_hash_range(), only the form of the arguments differ. */
+static inline uint32_t
+flow_hash_in_minimask_range(const struct flow *flow,
+                            const struct minimask *mask,
+                            uint8_t start, uint8_t end, uint32_t *basis)
+{
+    const uint32_t *flow_u32 = (const uint32_t *)flow;
+    unsigned int offset;
+    uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
+                                             &offset);
+    const uint32_t *p = mask->masks.values + offset;
+    uint32_t hash = *basis;
+
+    for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
+        hash = mhash_add(hash, flow_u32[raw_ctz(map)] & *p++);
+    }
+
+    *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
+    return mhash_finish(hash, (p - mask->masks.values) * 4);
+}
+
+/* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask. */
+static inline void
+flow_wildcards_fold_minimask(struct flow_wildcards *wc,
+                             const struct minimask *mask)
+{
+    flow_union_with_miniflow(&wc->masks, &mask->masks);
+}
+
+/* Fold minimask 'mask''s wildcard mask into 'wc's wildcard mask
+ * in range [start, end). */
+static inline void
+flow_wildcards_fold_minimask_range(struct flow_wildcards *wc,
+                                   const struct minimask *mask,
+                                   uint8_t start, uint8_t end)
+{
+    uint32_t *dst_u32 = (uint32_t *)&wc->masks;
+    unsigned int offset;
+    uint64_t map = miniflow_get_map_in_range(&mask->masks, start, end,
+                                             &offset);
+    const uint32_t *p = mask->masks.values + offset;
+
+    for (; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
+        dst_u32[raw_ctz(map)] |= *p++;
+    }
+}
+
+/* Returns a hash value for 'flow', given 'basis'. */
+static inline uint32_t
+miniflow_hash(const struct miniflow *flow, uint32_t basis)
+{
+    const uint32_t *p = flow->values;
+    uint32_t hash = basis;
+    uint64_t hash_map = 0;
+    uint64_t map;
+
+    for (map = flow->map; map; map = zero_rightmost_1bit(map)) {
+        if (*p) {
+            hash = mhash_add(hash, *p);
+            hash_map |= rightmost_1bit(map);
+        }
+        p++;
+    }
+    hash = mhash_add(hash, hash_map);
+    hash = mhash_add(hash, hash_map >> 32);
+
+    return mhash_finish(hash, p - flow->values);
+}
+
+/* Returns a hash value for 'mask', given 'basis'. */
+static inline uint32_t
+minimask_hash(const struct minimask *mask, uint32_t basis)
+{
+    return miniflow_hash(&mask->masks, basis);
+}
+
+/* Returns a hash value for 'match', given 'basis'. */
+static inline uint32_t
+minimatch_hash(const struct minimatch *match, uint32_t basis)
+{
+    return miniflow_hash(&match->flow, minimask_hash(&match->mask, basis));
+}
+
+/* Returns a hash value for the bits of range [start, end) in 'minimatch',
+ * given 'basis'.
+ *
+ * The hash values returned by this function are the same as those returned by
+ * flow_hash_in_minimask_range(), only the form of the arguments differ. */
+static inline uint32_t
+minimatch_hash_range(const struct minimatch *match, uint8_t start, uint8_t end,
+                     uint32_t *basis)
+{
+    unsigned int offset;
+    const uint32_t *p, *q;
+    uint32_t hash = *basis;
+    int n, i;
+
+    n = count_1bits(miniflow_get_map_in_range(&match->mask.masks, start, end,
+                                              &offset));
+    q = match->mask.masks.values + offset;
+    p = match->flow.values + offset;
+
+    for (i = 0; i < n; i++) {
+        hash = mhash_add(hash, p[i] & q[i]);
+    }
+    *basis = hash; /* Allow continuation from the unfinished value. */
+    return mhash_finish(hash, (offset + n) * 4);
+}
+
 \f
 /* cls_rule. */
 
@@ -170,13 +488,18 @@ cls_rule_is_catchall(const struct cls_rule *rule)
 /* Initializes 'cls' as a classifier that initially contains no classification
  * rules. */
 void
-classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
+classifier_init(struct classifier *cls_, const uint8_t *flow_segments)
 {
+    struct cls_classifier *cls = xmalloc(sizeof *cls);
+
+    fat_rwlock_init(&cls_->rwlock);
+
+    cls_->cls = cls;
+
     cls->n_rules = 0;
     hmap_init(&cls->subtables);
-    list_init(&cls->subtables_priority);
+    cls_subtable_cache_init(&cls->subtables_priority);
     hmap_init(&cls->partitions);
-    fat_rwlock_init(&cls->rwlock);
     cls->n_flow_segments = 0;
     if (flow_segments) {
         while (cls->n_flow_segments < CLS_MAX_INDICES
@@ -190,13 +513,19 @@ classifier_init(struct classifier *cls, const uint8_t *flow_segments)
 /* Destroys 'cls'.  Rules within 'cls', if any, are not freed; this is the
  * caller's responsibility. */
 void
-classifier_destroy(struct classifier *cls)
+classifier_destroy(struct classifier *cls_)
 {
-    if (cls) {
+    if (cls_) {
+        struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
         struct cls_subtable *partition, *next_partition;
         struct cls_subtable *subtable, *next_subtable;
         int i;
 
+        fat_rwlock_destroy(&cls_->rwlock);
+        if (!cls) {
+            return;
+        }
+
         for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
             trie_destroy(cls->tries[i].root);
         }
@@ -213,7 +542,9 @@ classifier_destroy(struct classifier *cls)
             free(partition);
         }
         hmap_destroy(&cls->partitions);
-        fat_rwlock_destroy(&cls->rwlock);
+
+        cls_subtable_cache_destroy(&cls->subtables_priority);
+        free(cls);
     }
 }
 
@@ -222,10 +553,11 @@ BUILD_ASSERT_DECL(MFF_N_IDS <= 64);
 
 /* Set the fields for which prefix lookup should be performed. */
 void
-classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
+classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls_,
                              const enum mf_field_id *trie_fields,
                              unsigned int n_fields)
 {
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
     uint64_t fields = 0;
     int i, trie;
 
@@ -260,11 +592,12 @@ classifier_set_prefix_fields(struct classifier *cls,
 }
 
 static void
-trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
+trie_init(struct cls_classifier *cls, int trie_idx,
           const struct mf_field *field)
 {
     struct cls_trie *trie = &cls->tries[trie_idx];
     struct cls_subtable *subtable;
+    struct cls_subtable_entry *iter;
 
     if (trie_idx < cls->n_tries) {
         trie_destroy(trie->root);
@@ -273,7 +606,7 @@ trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
     trie->field = field;
 
     /* Add existing rules to the trie. */
-    LIST_FOR_EACH (subtable, list_node, &cls->subtables_priority) {
+    CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (subtable, iter, &cls->subtables_priority) {
         unsigned int plen;
 
         plen = field ? minimask_get_prefix_len(&subtable->mask, field) : 0;
@@ -298,25 +631,26 @@ trie_init(struct classifier *cls, int trie_idx,
 bool
 classifier_is_empty(const struct classifier *cls)
 {
-    return cls->n_rules == 0;
+    return cls->cls->n_rules == 0;
 }
 
 /* Returns the number of rules in 'cls'. */
 int
 classifier_count(const struct classifier *cls)
 {
-    return cls->n_rules;
+    return cls->cls->n_rules;
 }
 
 static uint32_t
 hash_metadata(ovs_be64 metadata_)
 {
     uint64_t metadata = (OVS_FORCE uint64_t) metadata_;
-    return hash_2words(metadata, metadata >> 32);
+    return hash_uint64(metadata);
 }
 
 static struct cls_partition *
-find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
+find_partition(const struct cls_classifier *cls, ovs_be64 metadata,
+               uint32_t hash)
 {
     struct cls_partition *partition;
 
@@ -330,7 +664,7 @@ find_partition(const struct classifier *cls, ovs_be64 metadata, uint32_t hash)
 }
 
 static struct cls_partition *
-create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
+create_partition(struct cls_classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
                  ovs_be64 metadata)
 {
     uint32_t hash = hash_metadata(metadata);
@@ -360,8 +694,9 @@ create_partition(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
  * rule, even rules that cannot have any effect because the new rule matches a
  * superset of their flows and has higher priority. */
 struct cls_rule *
-classifier_replace(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
+classifier_replace(struct classifier *cls_, struct cls_rule *rule)
 {
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
     struct cls_rule *old_rule;
     struct cls_subtable *subtable;
 
@@ -412,8 +747,9 @@ classifier_insert(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
  * 'rule' with cls_rule_destroy(), freeing the memory block in which 'rule'
  * resides, etc., as necessary. */
 void
-classifier_remove(struct classifier *cls, struct cls_rule *rule)
+classifier_remove(struct classifier *cls_, struct cls_rule *rule)
 {
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
     struct cls_partition *partition;
     struct cls_rule *head;
     struct cls_subtable *subtable;
@@ -484,6 +820,13 @@ trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
     ctx->lookup_done = false;
 }
 
+static inline void
+lookahead_subtable(const struct cls_subtable_entry *subtables)
+{
+    ovs_prefetch_range(subtables->subtable, sizeof *subtables->subtable);
+    ovs_prefetch_range(subtables->mask_values, 1);
+}
+
 /* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches 'flow'.
  * Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.  If multiple rules
  * of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
@@ -493,15 +836,21 @@ trie_ctx_init(struct trie_ctx *ctx, const struct cls_trie *trie)
  * earlier, 'wc' should have been initialized (e.g., by
  * flow_wildcards_init_catchall()). */
 struct cls_rule *
-classifier_lookup(const struct classifier *cls, const struct flow *flow,
+classifier_lookup(const struct classifier *cls_, const struct flow *flow,
                   struct flow_wildcards *wc)
 {
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
     const struct cls_partition *partition;
-    struct cls_subtable *subtable;
-    struct cls_rule *best;
     tag_type tags;
+    struct cls_rule *best;
     struct trie_ctx trie_ctx[CLS_MAX_TRIES];
     int i;
+    struct cls_subtable_entry *subtables = cls->subtables_priority.subtables;
+    int n_subtables = cls->subtables_priority.size;
+    int64_t best_priority = -1;
+
+    /* Prefetch the subtables array. */
+    ovs_prefetch_range(subtables, n_subtables * sizeof *subtables);
 
     /* Determine 'tags' such that, if 'subtable->tag' doesn't intersect them,
      * then 'flow' cannot possibly match in 'subtable':
@@ -531,48 +880,115 @@ classifier_lookup(const struct classifier *cls, const struct flow *flow,
     for (i = 0; i < cls->n_tries; i++) {
         trie_ctx_init(&trie_ctx[i], &cls->tries[i]);
     }
+
+    /* Prefetch the first subtables. */
+    if (n_subtables > 1) {
+      lookahead_subtable(subtables);
+      lookahead_subtable(subtables + 1);
+    }
+
     best = NULL;
-    LIST_FOR_EACH (subtable, list_node, &cls->subtables_priority) {
+    for (i = 0; OVS_LIKELY(i < n_subtables); i++) {
         struct cls_rule *rule;
 
-        if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
+        if ((int64_t)subtables[i].max_priority <= best_priority) {
+            /* Subtables are in descending priority order,
+             * can not find anything better. */
+            break;
+        }
+
+        /* Prefetch a forthcoming subtable. */
+        if (i + 2 < n_subtables) {
+            lookahead_subtable(&subtables[i + 2]);
+        }
+
+        if (!tag_intersects(tags, subtables[i].tag)) {
             continue;
         }
 
-        rule = find_match_wc(subtable, flow, trie_ctx, cls->n_tries, wc);
-        if (rule) {
+        rule = find_match_wc(subtables[i].subtable, flow, trie_ctx,
+                             cls->n_tries, wc);
+        if (rule && (int64_t)rule->priority > best_priority) {
+            best_priority = (int64_t)rule->priority;
             best = rule;
-            LIST_FOR_EACH_CONTINUE (subtable, list_node,
-                                    &cls->subtables_priority) {
-                if (subtable->max_priority <= best->priority) {
-                    /* Subtables are in descending priority order,
-                     * can not find anything better. */
-                    return best;
-                }
-                if (!tag_intersects(tags, subtable->tag)) {
-                    continue;
-                }
-
-                rule = find_match_wc(subtable, flow, trie_ctx, cls->n_tries,
-                                     wc);
-                if (rule && rule->priority > best->priority) {
-                    best = rule;
-                }
-            }
-            break;
         }
     }
 
     return best;
 }
 
+/* Returns true if 'target' satisifies 'match', that is, if each bit for which
+ * 'match' specifies a particular value has the correct value in 'target'. */
+static bool
+minimatch_matches_miniflow(const struct minimatch *match,
+                           const struct miniflow *target)
+{
+    const uint32_t *flowp = (const uint32_t *)match->flow.values;
+    const uint32_t *maskp = (const uint32_t *)match->mask.masks.values;
+    uint32_t target_u32;
+
+    MINIFLOW_FOR_EACH_IN_MAP(target_u32, target, match->mask.masks.map) {
+        if ((*flowp++ ^ target_u32) & *maskp++) {
+            return false;
+        }
+    }
+
+    return true;
+}
+
+static inline struct cls_rule *
+find_match_miniflow(const struct cls_subtable *subtable,
+                    const struct miniflow *flow,
+                    uint32_t hash)
+{
+    struct cls_rule *rule;
+
+    HMAP_FOR_EACH_WITH_HASH (rule, hmap_node, hash, &subtable->rules) {
+        if (minimatch_matches_miniflow(&rule->match, flow)) {
+            return rule;
+        }
+    }
+
+    return NULL;
+}
+
+/* Finds and returns the highest-priority rule in 'cls' that matches
+ * 'miniflow'.  Returns a null pointer if no rules in 'cls' match 'flow'.
+ * If multiple rules of equal priority match 'flow', returns one arbitrarily.
+ *
+ * This function is optimized for the userspace datapath, which only ever has
+ * one priority value for it's flows!
+ */
+struct cls_rule *classifier_lookup_miniflow_first(const struct classifier *cls_,
+                                                  const struct miniflow *flow)
+{
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
+    struct cls_subtable *subtable;
+    struct cls_subtable_entry *iter;
+
+    CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (subtable, iter, &cls->subtables_priority) {
+        struct cls_rule *rule;
+
+        rule = find_match_miniflow(subtable, flow,
+                                   miniflow_hash_in_minimask(flow,
+                                                             &subtable->mask,
+                                                             0));
+        if (rule) {
+            return rule;
+        }
+    }
+
+    return NULL;
+}
+
 /* Finds and returns a rule in 'cls' with exactly the same priority and
  * matching criteria as 'target'.  Returns a null pointer if 'cls' doesn't
  * contain an exact match. */
 struct cls_rule *
-classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls,
+classifier_find_rule_exactly(const struct classifier *cls_,
                              const struct cls_rule *target)
 {
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
     struct cls_rule *head, *rule;
     struct cls_subtable *subtable;
 
@@ -619,18 +1035,20 @@ classifier_find_match_exactly(const struct classifier *cls,
  * considered to overlap if both rules have the same priority and a packet
  * could match both. */
 bool
-classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls,
+classifier_rule_overlaps(const struct classifier *cls_,
                          const struct cls_rule *target)
 {
+    struct cls_classifier *cls = cls_->cls;
     struct cls_subtable *subtable;
+    struct cls_subtable_entry *iter;
 
     /* Iterate subtables in the descending max priority order. */
-    LIST_FOR_EACH (subtable, list_node, &cls->subtables_priority) {
+    CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (subtable, iter, &cls->subtables_priority) {
         uint32_t storage[FLOW_U32S];
         struct minimask mask;
         struct cls_rule *head;
 
-        if (target->priority > subtable->max_priority) {
+        if (target->priority > iter->max_priority) {
             break; /* Can skip this and the rest of the subtables. */
         }
 
@@ -735,7 +1153,7 @@ void
 cls_cursor_init(struct cls_cursor *cursor, const struct classifier *cls,
                 const struct cls_rule *target)
 {
-    cursor->cls = cls;
+    cursor->cls = cls->cls;
     cursor->target = target && !cls_rule_is_catchall(target) ? target : NULL;
 }
 
@@ -794,7 +1212,7 @@ cls_cursor_next(struct cls_cursor *cursor, const struct cls_rule *rule_)
 }
 \f
 static struct cls_subtable *
-find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
+find_subtable(const struct cls_classifier *cls, const struct minimask *mask)
 {
     struct cls_subtable *subtable;
 
@@ -808,13 +1226,14 @@ find_subtable(const struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
 }
 
 static struct cls_subtable *
-insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
+insert_subtable(struct cls_classifier *cls, const struct minimask *mask)
 {
     uint32_t hash = minimask_hash(mask, 0);
     struct cls_subtable *subtable;
     int i, index = 0;
     struct flow_wildcards old, new;
     uint8_t prev;
+    struct cls_subtable_entry elem;
 
     subtable = xzalloc(sizeof *subtable);
     hmap_init(&subtable->rules);
@@ -848,8 +1267,6 @@ insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
     }
     subtable->n_indices = index;
 
-    hmap_insert(&cls->subtables, &subtable->hmap_node, hash);
-    list_push_back(&cls->subtables_priority, &subtable->list_node);
     subtable->tag = (minimask_get_metadata_mask(mask) == OVS_BE64_MAX
                      ? tag_create_deterministic(hash)
                      : TAG_ALL);
@@ -859,13 +1276,29 @@ insert_subtable(struct classifier *cls, const struct minimask *mask)
                                                          cls->tries[i].field);
     }
 
+    hmap_insert(&cls->subtables, &subtable->hmap_node, hash);
+    elem.subtable = subtable;
+    elem.mask_values = subtable->mask.masks.values;
+    elem.tag = subtable->tag;
+    elem.max_priority = subtable->max_priority;
+    cls_subtable_cache_push_back(&cls->subtables_priority, elem);
+
     return subtable;
 }
 
 static void
-destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
+destroy_subtable(struct cls_classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
 {
     int i;
+    struct cls_subtable *table = NULL;
+    struct cls_subtable_entry *iter;
+
+    CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (table, iter, &cls->subtables_priority) {
+        if (table == subtable) {
+            cls_subtable_cache_remove(&cls->subtables_priority, iter);
+            break;
+        }
+    }
 
     for (i = 0; i < subtable->n_indices; i++) {
         hindex_destroy(&subtable->indices[i]);
@@ -873,7 +1306,6 @@ destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
     minimask_destroy(&subtable->mask);
     hmap_remove(&cls->subtables, &subtable->hmap_node);
     hmap_destroy(&subtable->rules);
-    list_remove(&subtable->list_node);
     free(subtable);
 }
 
@@ -888,35 +1320,38 @@ destroy_subtable(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable)
  * This function should only be called after adding a new rule, not after
  * replacing a rule by an identical one or modifying a rule in-place. */
 static void
-update_subtables_after_insertion(struct classifier *cls,
+update_subtables_after_insertion(struct cls_classifier *cls,
                                  struct cls_subtable *subtable,
                                  unsigned int new_priority)
 {
     if (new_priority == subtable->max_priority) {
         ++subtable->max_count;
     } else if (new_priority > subtable->max_priority) {
-        struct cls_subtable *iter;
+        struct cls_subtable *table;
+        struct cls_subtable_entry *iter, *subtable_iter = NULL;
 
         subtable->max_priority = new_priority;
         subtable->max_count = 1;
 
         /* Possibly move 'subtable' earlier in the priority list.  If we break
-         * out of the loop, then 'subtable' should be moved just after that
+         * out of the loop, then 'subtable_iter' should be moved just before
          * 'iter'.  If the loop terminates normally, then 'iter' will be the
-         * list head and we'll move subtable just after that (e.g. to the front
-         * of the list). */
-        iter = subtable;
-        LIST_FOR_EACH_REVERSE_CONTINUE (iter, list_node,
-                                        &cls->subtables_priority) {
-            if (iter->max_priority >= subtable->max_priority) {
+         * first list element and we'll move subtable just before that
+         * (e.g. to the front of the list). */
+        CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH_REVERSE (table, iter, &cls->subtables_priority) {
+            if (table == subtable) {
+                subtable_iter = iter; /* Locate the subtable as we go. */
+                iter->max_priority = new_priority;
+            } else if (table->max_priority >= new_priority) {
+                ovs_assert(subtable_iter != NULL);
+                iter++;
                 break;
             }
         }
 
-        /* Move 'subtable' just after 'iter' (unless it's already there). */
-        if (iter->list_node.next != &subtable->list_node) {
-            list_splice(iter->list_node.next,
-                        &subtable->list_node, subtable->list_node.next);
+        /* Move 'subtable' just before 'iter' (unless it's already there). */
+        if (iter != subtable_iter) {
+            cls_subtable_cache_splice(iter, subtable_iter, subtable_iter + 1);
         }
     }
 }
@@ -932,14 +1367,14 @@ update_subtables_after_insertion(struct classifier *cls,
  * This function should only be called after removing a rule, not after
  * replacing a rule by an identical one or modifying a rule in-place. */
 static void
-update_subtables_after_removal(struct classifier *cls,
+update_subtables_after_removal(struct cls_classifier *cls,
                                struct cls_subtable *subtable,
                                unsigned int del_priority)
 {
-    struct cls_subtable *iter;
-
     if (del_priority == subtable->max_priority && --subtable->max_count == 0) {
         struct cls_rule *head;
+        struct cls_subtable *table;
+        struct cls_subtable_entry *iter, *subtable_iter = NULL;
 
         subtable->max_priority = 0;
         HMAP_FOR_EACH (head, hmap_node, &subtable->rules) {
@@ -956,17 +1391,19 @@ update_subtables_after_removal(struct classifier *cls,
          * 'iter'.  If the loop terminates normally, then 'iter' will be the
          * list head and we'll move subtable just before that (e.g. to the back
          * of the list). */
-        iter = subtable;
-        LIST_FOR_EACH_CONTINUE (iter, list_node, &cls->subtables_priority) {
-            if (iter->max_priority <= subtable->max_priority) {
+        CLS_SUBTABLE_CACHE_FOR_EACH (table, iter, &cls->subtables_priority) {
+            if (table == subtable) {
+                subtable_iter = iter; /* Locate the subtable as we go. */
+                iter->max_priority = subtable->max_priority;
+            } else if (table->max_priority <= subtable->max_priority) {
+                ovs_assert(subtable_iter != NULL);
                 break;
             }
         }
 
         /* Move 'subtable' just before 'iter' (unless it's already there). */
-        if (iter->list_node.prev != &subtable->list_node) {
-            list_splice(&iter->list_node,
-                        &subtable->list_node, subtable->list_node.next);
+        if (iter != subtable_iter) {
+            cls_subtable_cache_splice(iter, subtable_iter, subtable_iter + 1);
         }
     }
 }
@@ -1062,7 +1499,7 @@ find_match_wc(const struct cls_subtable *subtable, const struct flow *flow,
     int i;
     struct range ofs;
 
-    if (!wc) {
+    if (OVS_UNLIKELY(!wc)) {
         return find_match(subtable, flow,
                           flow_hash_in_minimask(flow, &subtable->mask, 0));
     }
@@ -1149,7 +1586,7 @@ find_equal(struct cls_subtable *subtable, const struct miniflow *flow,
 }
 
 static struct cls_rule *
-insert_rule(struct classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
+insert_rule(struct cls_classifier *cls, struct cls_subtable *subtable,
             struct cls_rule *new)
 {
     struct cls_rule *head;
@@ -1503,7 +1940,7 @@ minimask_get_prefix_len(const struct minimask *minimask,
 static const ovs_be32 *
 minimatch_get_prefix(const struct minimatch *match, const struct mf_field *mf)
 {
-    return (OVS_FORCE const ovs_be32 *)match->flow.values +
+    return match->flow.values +
         count_1bits(match->flow.map & ((UINT64_C(1) << mf->flow_be32ofs) - 1));
 }