kernel/bpf/lpm_trie.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Longest prefix match list implementation
   4  *
   5  * Copyright (c) 2016,2017 Daniel Mack
   6  * Copyright (c) 2016 David Herrmann
   7  */
   8
   9 #include <linux/bpf.h>
  10 #include <linux/btf.h>
  11 #include <linux/err.h>
  12 #include <linux/slab.h>
  13 #include <linux/spinlock.h>
  14 #include <linux/vmalloc.h>
  15 #include <net/ipv6.h>
  16 #include <uapi/linux/btf.h>
  17 #include <linux/btf_ids.h>
  18
  19 /* Intermediate node */
  20 #define LPM_TREE_NODE_FLAG_IM BIT(0)
  21
  22 struct lpm_trie_node;
  23
  24 struct lpm_trie_node {
  25         struct rcu_head rcu;
  26         struct lpm_trie_node __rcu      *child[2];
  27         u32                             prefixlen;
  28         u32                             flags;
  29         u8                              data[];
  30 };
  31
  32 struct lpm_trie {
  33         struct bpf_map                  map;
  34         struct lpm_trie_node __rcu      *root;
  35         size_t                          n_entries;
  36         size_t                          max_prefixlen;
  37         size_t                          data_size;
  38         spinlock_t                      lock;
  39 };
  40
  41 /* This trie implements a longest prefix match algorithm that can be used to
  42  * match IP addresses to a stored set of ranges.
  43  *
  44  * Data stored in @data of struct bpf_lpm_key and struct lpm_trie_node is
  45  * interpreted as big endian, so data[0] stores the most significant byte.
  46  *
  47  * Match ranges are internally stored in instances of struct lpm_trie_node
  48  * which each contain their prefix length as well as two pointers that may
  49  * lead to more nodes containing more specific matches. Each node also stores
  50  * a value that is defined by and returned to userspace via the update_elem
  51  * and lookup functions.
  52  *
  53  * For instance, let's start with a trie that was created with a prefix length
  54  * of 32, so it can be used for IPv4 addresses, and one single element that
  55  * matches 192.168.0.0/16. The data array would hence contain
  56  * [0xc0, 0xa8, 0x00, 0x00] in big-endian notation. This documentation will
  57  * stick to IP-address notation for readability though.
  58  *
  59  * As the trie is empty initially, the new node (1) will be places as root
  60  * node, denoted as (R) in the example below. As there are no other node, both
  61  * child pointers are %NULL.
  62  *
  63  *              +----------------+
  64  *              |       (1)  (R) |
  65  *              | 192.168.0.0/16 |
  66  *              |    value: 1    |
  67  *              |   [0]    [1]   |
  68  *              +----------------+
  69  *
  70  * Next, let's add a new node (2) matching 192.168.0.0/24. As there is already
  71  * a node with the same data and a smaller prefix (ie, a less specific one),
  72  * node (2) will become a child of (1). In child index depends on the next bit
  73  * that is outside of what (1) matches, and that bit is 0, so (2) will be
  74  * child[0] of (1):
  75  *
  76  *              +----------------+
  77  *              |       (1)  (R) |
  78  *              | 192.168.0.0/16 |
  79  *              |    value: 1    |
  80  *              |   [0]    [1]   |
  81  *              +----------------+
  82  *                   |
  83  *    +----------------+
  84  *    |       (2)      |
  85  *    | 192.168.0.0/24 |
  86  *    |    value: 2    |
  87  *    |   [0]    [1]   |
  88  *    +----------------+
  89  *
  90  * The child[1] slot of (1) could be filled with another node which has bit #17
  91  * (the next bit after the ones that (1) matches on) set to 1. For instance,
  92  * 192.168.128.0/24:
  93  *
  94  *              +----------------+
  95  *              |       (1)  (R) |
  96  *              | 192.168.0.0/16 |
  97  *              |    value: 1    |
  98  *              |   [0]    [1]   |
  99  *              +----------------+
 100  *                   |      |
 101  *    +----------------+  +------------------+
 102  *    |       (2)      |  |        (3)       |
 103  *    | 192.168.0.0/24 |  | 192.168.128.0/24 |
 104  *    |    value: 2    |  |     value: 3     |
 105  *    |   [0]    [1]   |  |    [0]    [1]    |
 106  *    +----------------+  +------------------+
 107  *
 108  * Let's add another node (4) to the game for 192.168.1.0/24. In order to place
 109  * it, node (1) is looked at first, and because (4) of the semantics laid out
 110  * above (bit #17 is 0), it would normally be attached to (1) as child[0].
 111  * However, that slot is already allocated, so a new node is needed in between.
 112  * That node does not have a value attached to it and it will never be
 113  * returned to users as result of a lookup. It is only there to differentiate
 114  * the traversal further. It will get a prefix as wide as necessary to
 115  * distinguish its two children:
 116  *
 117  *                      +----------------+
 118  *                      |       (1)  (R) |
 119  *                      | 192.168.0.0/16 |
 120  *                      |    value: 1    |
 121  *                      |   [0]    [1]   |
 122  *                      +----------------+
 123  *                           |      |
 124  *            +----------------+  +------------------+
 125  *            |       (4)  (I) |  |        (3)       |
 126  *            | 192.168.0.0/23 |  | 192.168.128.0/24 |
 127  *            |    value: ---  |  |     value: 3     |
 128  *            |   [0]    [1]   |  |    [0]    [1]    |
 129  *            +----------------+  +------------------+
 130  *                 |      |
 131  *  +----------------+  +----------------+
 132  *  |       (2)      |  |       (5)      |
 133  *  | 192.168.0.0/24 |  | 192.168.1.0/24 |
 134  *  |    value: 2    |  |     value: 5   |
 135  *  |   [0]    [1]   |  |   [0]    [1]   |
 136  *  +----------------+  +----------------+
 137  *
 138  * 192.168.1.1/32 would be a child of (5) etc.
 139  *
 140  * An intermediate node will be turned into a 'real' node on demand. In the
 141  * example above, (4) would be re-used if 192.168.0.0/23 is added to the trie.
 142  *
 143  * A fully populated trie would have a height of 32 nodes, as the trie was
 144  * created with a prefix length of 32.
 145  *
 146  * The lookup starts at the root node. If the current node matches and if there
 147  * is a child that can be used to become more specific, the trie is traversed
 148  * downwards. The last node in the traversal that is a non-intermediate one is
 149  * returned.
 150  */
 151
 152 static inline int extract_bit(const u8 *data, size_t index)
 153 {
 154         return !!(data[index / 8] & (1 << (7 - (index % 8))));
 155 }
 156
 157 /**
 158  * longest_prefix_match() - determine the longest prefix
 159  * @trie:       The trie to get internal sizes from
 160  * @node:       The node to operate on
 161  * @key:        The key to compare to @node
 162  *
 163  * Determine the longest prefix of @node that matches the bits in @key.
 164  */
 165 static size_t longest_prefix_match(const struct lpm_trie *trie,
 166                                    const struct lpm_trie_node *node,
 167                                    const struct bpf_lpm_trie_key *key)
 168 {
 169         u32 limit = min(node->prefixlen, key->prefixlen);
 170         u32 prefixlen = 0, i = 0;
 171
 172         BUILD_BUG_ON(offsetof(struct lpm_trie_node, data) % sizeof(u32));
 173         BUILD_BUG_ON(offsetof(struct bpf_lpm_trie_key, data) % sizeof(u32));
 174
 175 #if defined(CONFIG_HAVE_EFFICIENT_UNALIGNED_ACCESS) && defined(CONFIG_64BIT)
 176
 177         /* data_size >= 16 has very small probability.
 178          * We do not use a loop for optimal code generation.
 179          */
 180         if (trie->data_size >= 8) {
 181                 u64 diff = be64_to_cpu(*(__be64 *)node->data ^
 182                                        *(__be64 *)key->data);
 183
 184                 prefixlen = 64 - fls64(diff);
 185                 if (prefixlen >= limit)
 186                         return limit;
 187                 if (diff)
 188                         return prefixlen;
 189                 i = 8;
 190         }
 191 #endif
 192
 193         while (trie->data_size >= i + 4) {
 194                 u32 diff = be32_to_cpu(*(__be32 *)&node->data[i] ^
 195                                        *(__be32 *)&key->data[i]);
 196
 197                 prefixlen += 32 - fls(diff);
 198                 if (prefixlen >= limit)
 199                         return limit;
 200                 if (diff)
 201                         return prefixlen;
 202                 i += 4;
 203         }
 204
 205         if (trie->data_size >= i + 2) {
 206                 u16 diff = be16_to_cpu(*(__be16 *)&node->data[i] ^
 207                                        *(__be16 *)&key->data[i]);
 208
 209                 prefixlen += 16 - fls(diff);
 210                 if (prefixlen >= limit)
 211                         return limit;
 212                 if (diff)
 213                         return prefixlen;
 214                 i += 2;
 215         }
 216
 217         if (trie->data_size >= i + 1) {
 218                 prefixlen += 8 - fls(node->data[i] ^ key->data[i]);
 219
 220                 if (prefixlen >= limit)
 221                         return limit;
 222         }
 223
 224         return prefixlen;
 225 }
 226
 227 /* Called from syscall or from eBPF program */
 228 static void *trie_lookup_elem(struct bpf_map *map, void *_key)
 229 {
 230         struct lpm_trie *trie = container_of(map, struct lpm_trie, map);
 231         struct lpm_trie_node *node, *found = NULL;
 232         struct bpf_lpm_trie_key *key = _key;
 233
 234         /* Start walking the trie from the root node ... */
 235
 236         for (node = rcu_dereference_check(trie->root, rcu_read_lock_bh_held());
 237              node;) {
 238                 unsigned int next_bit;
 239                 size_t matchlen;
 240
 241                 /* Determine the longest prefix of @node that matches @key.
 242                  * If it's the maximum possible prefix for this trie, we have
 243                  * an exact match and can return it directly.
 244                  */
 245                 matchlen = longest_prefix_match(trie, node, key);
 246                 if (matchlen == trie->max_prefixlen) {
 247                         found = node;
 248                         break;
 249                 }
 250
 251                 /* If the number of bits that match is smaller than the prefix
 252                  * length of @node, bail out and return the node we have seen
 253                  * last in the traversal (ie, the parent).
 254                  */
 255                 if (matchlen < node->prefixlen)
 256                         break;
 257
 258                 /* Consider this node as return candidate unless it is an
 259                  * artificially added intermediate one.
 260                  */
 261                 if (!(node->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM))
 262                         found = node;
 263
 264                 /* If the node match is fully satisfied, let's see if we can
 265                  * become more specific. Determine the next bit in the key and
 266                  * traverse down.
 267                  */
 268                 next_bit = extract_bit(key->data, node->prefixlen);
 269                 node = rcu_dereference_check(node->child[next_bit],
 270                                              rcu_read_lock_bh_held());
 271         }
 272
 273         if (!found)
 274                 return NULL;
 275
 276         return found->data + trie->data_size;
 277 }
 278
 279 static struct lpm_trie_node *lpm_trie_node_alloc(const struct lpm_trie *trie,
 280                                                  const void *value)
 281 {
 282         struct lpm_trie_node *node;
 283         size_t size = sizeof(struct lpm_trie_node) + trie->data_size;
 284
 285         if (value)
 286                 size += trie->map.value_size;
 287
 288         node = bpf_map_kmalloc_node(&trie->map, size, GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN,
 289                                     trie->map.numa_node);
 290         if (!node)
 291                 return NULL;
 292
 293         node->flags = 0;
 294
 295         if (value)
 296                 memcpy(node->data + trie->data_size, value,
 297                        trie->map.value_size);
 298
 299         return node;
 300 }
 301
 302 /* Called from syscall or from eBPF program */
 303 static long trie_update_elem(struct bpf_map *map,
 304                              void *_key, void *value, u64 flags)
 305 {
 306         struct lpm_trie *trie = container_of(map, struct lpm_trie, map);
 307         struct lpm_trie_node *node, *im_node = NULL, *new_node = NULL;
 308         struct lpm_trie_node __rcu **slot;
 309         struct bpf_lpm_trie_key *key = _key;
 310         unsigned long irq_flags;
 311         unsigned int next_bit;
 312         size_t matchlen = 0;
 313         int ret = 0;
 314
 315         if (unlikely(flags > BPF_EXIST))
 316                 return -EINVAL;
 317
 318         if (key->prefixlen > trie->max_prefixlen)
 319                 return -EINVAL;
 320
 321         spin_lock_irqsave(&trie->lock, irq_flags);
 322
 323         /* Allocate and fill a new node */
 324
 325         if (trie->n_entries == trie->map.max_entries) {
 326                 ret = -ENOSPC;
 327                 goto out;
 328         }
 329
 330         new_node = lpm_trie_node_alloc(trie, value);
 331         if (!new_node) {
 332                 ret = -ENOMEM;
 333                 goto out;
 334         }
 335
 336         trie->n_entries++;
 337
 338         new_node->prefixlen = key->prefixlen;
 339         RCU_INIT_POINTER(new_node->child[0], NULL);
 340         RCU_INIT_POINTER(new_node->child[1], NULL);
 341         memcpy(new_node->data, key->data, trie->data_size);
 342
 343         /* Now find a slot to attach the new node. To do that, walk the tree
 344          * from the root and match as many bits as possible for each node until
 345          * we either find an empty slot or a slot that needs to be replaced by
 346          * an intermediate node.
 347          */
 348         slot = &trie->root;
 349
 350         while ((node = rcu_dereference_protected(*slot,
 351                                         lockdep_is_held(&trie->lock)))) {
 352                 matchlen = longest_prefix_match(trie, node, key);
 353
 354                 if (node->prefixlen != matchlen ||
 355                     node->prefixlen == key->prefixlen ||
 356                     node->prefixlen == trie->max_prefixlen)
 357                         break;
 358
 359                 next_bit = extract_bit(key->data, node->prefixlen);
 360                 slot = &node->child[next_bit];
 361         }
 362
 363         /* If the slot is empty (a free child pointer or an empty root),
 364          * simply assign the @new_node to that slot and be done.
 365          */
 366         if (!node) {
 367                 rcu_assign_pointer(*slot, new_node);
 368                 goto out;
 369         }
 370
 371         /* If the slot we picked already exists, replace it with @new_node
 372          * which already has the correct data array set.
 373          */
 374         if (node->prefixlen == matchlen) {
 375                 new_node->child[0] = node->child[0];
 376                 new_node->child[1] = node->child[1];
 377
 378                 if (!(node->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM))
 379                         trie->n_entries--;
 380
 381                 rcu_assign_pointer(*slot, new_node);
 382                 kfree_rcu(node, rcu);
 383
 384                 goto out;
 385         }
 386
 387         /* If the new node matches the prefix completely, it must be inserted
 388          * as an ancestor. Simply insert it between @node and *@slot.
 389          */
 390         if (matchlen == key->prefixlen) {
 391                 next_bit = extract_bit(node->data, matchlen);
 392                 rcu_assign_pointer(new_node->child[next_bit], node);
 393                 rcu_assign_pointer(*slot, new_node);
 394                 goto out;
 395         }
 396
 397         im_node = lpm_trie_node_alloc(trie, NULL);
 398         if (!im_node) {
 399                 ret = -ENOMEM;
 400                 goto out;
 401         }
 402
 403         im_node->prefixlen = matchlen;
 404         im_node->flags |= LPM_TREE_NODE_FLAG_IM;
 405         memcpy(im_node->data, node->data, trie->data_size);
 406
 407         /* Now determine which child to install in which slot */
 408         if (extract_bit(key->data, matchlen)) {
 409                 rcu_assign_pointer(im_node->child[0], node);
 410                 rcu_assign_pointer(im_node->child[1], new_node);
 411         } else {
 412                 rcu_assign_pointer(im_node->child[0], new_node);
 413                 rcu_assign_pointer(im_node->child[1], node);
 414         }
 415
 416         /* Finally, assign the intermediate node to the determined slot */
 417         rcu_assign_pointer(*slot, im_node);
 418
 419 out:
 420         if (ret) {
 421                 if (new_node)
 422                         trie->n_entries--;
 423
 424                 kfree(new_node);
 425                 kfree(im_node);
 426         }
 427
 428         spin_unlock_irqrestore(&trie->lock, irq_flags);
 429
 430         return ret;
 431 }
 432
 433 /* Called from syscall or from eBPF program */
 434 static long trie_delete_elem(struct bpf_map *map, void *_key)
 435 {
 436         struct lpm_trie *trie = container_of(map, struct lpm_trie, map);
 437         struct bpf_lpm_trie_key *key = _key;
 438         struct lpm_trie_node __rcu **trim, **trim2;
 439         struct lpm_trie_node *node, *parent;
 440         unsigned long irq_flags;
 441         unsigned int next_bit;
 442         size_t matchlen = 0;
 443         int ret = 0;
 444
 445         if (key->prefixlen > trie->max_prefixlen)
 446                 return -EINVAL;
 447
 448         spin_lock_irqsave(&trie->lock, irq_flags);
 449
 450         /* Walk the tree looking for an exact key/length match and keeping
 451          * track of the path we traverse.  We will need to know the node
 452          * we wish to delete, and the slot that points to the node we want
 453          * to delete.  We may also need to know the nodes parent and the
 454          * slot that contains it.
 455          */
 456         trim = &trie->root;
 457         trim2 = trim;
 458         parent = NULL;
 459         while ((node = rcu_dereference_protected(
 460                        *trim, lockdep_is_held(&trie->lock)))) {
 461                 matchlen = longest_prefix_match(trie, node, key);
 462
 463                 if (node->prefixlen != matchlen ||
 464                     node->prefixlen == key->prefixlen)
 465                         break;
 466
 467                 parent = node;
 468                 trim2 = trim;
 469                 next_bit = extract_bit(key->data, node->prefixlen);
 470                 trim = &node->child[next_bit];
 471         }
 472
 473         if (!node || node->prefixlen != key->prefixlen ||
 474             node->prefixlen != matchlen ||
 475             (node->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM)) {
 476                 ret = -ENOENT;
 477                 goto out;
 478         }
 479
 480         trie->n_entries--;
 481
 482         /* If the node we are removing has two children, simply mark it
 483          * as intermediate and we are done.
 484          */
 485         if (rcu_access_pointer(node->child[0]) &&
 486             rcu_access_pointer(node->child[1])) {
 487                 node->flags |= LPM_TREE_NODE_FLAG_IM;
 488                 goto out;
 489         }
 490
 491         /* If the parent of the node we are about to delete is an intermediate
 492          * node, and the deleted node doesn't have any children, we can delete
 493          * the intermediate parent as well and promote its other child
 494          * up the tree.  Doing this maintains the invariant that all
 495          * intermediate nodes have exactly 2 children and that there are no
 496          * unnecessary intermediate nodes in the tree.
 497          */
 498         if (parent && (parent->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM) &&
 499             !node->child[0] && !node->child[1]) {
 500                 if (node == rcu_access_pointer(parent->child[0]))
 501                         rcu_assign_pointer(
 502                                 *trim2, rcu_access_pointer(parent->child[1]));
 503                 else
 504                         rcu_assign_pointer(
 505                                 *trim2, rcu_access_pointer(parent->child[0]));
 506                 kfree_rcu(parent, rcu);
 507                 kfree_rcu(node, rcu);
 508                 goto out;
 509         }
 510
 511         /* The node we are removing has either zero or one child. If there
 512          * is a child, move it into the removed node's slot then delete
 513          * the node.  Otherwise just clear the slot and delete the node.
 514          */
 515         if (node->child[0])
 516                 rcu_assign_pointer(*trim, rcu_access_pointer(node->child[0]));
 517         else if (node->child[1])
 518                 rcu_assign_pointer(*trim, rcu_access_pointer(node->child[1]));
 519         else
 520                 RCU_INIT_POINTER(*trim, NULL);
 521         kfree_rcu(node, rcu);
 522
 523 out:
 524         spin_unlock_irqrestore(&trie->lock, irq_flags);
 525
 526         return ret;
 527 }
 528
 529 #define LPM_DATA_SIZE_MAX       256
 530 #define LPM_DATA_SIZE_MIN       1
 531
 532 #define LPM_VAL_SIZE_MAX        (KMALLOC_MAX_SIZE - LPM_DATA_SIZE_MAX - \
 533                                  sizeof(struct lpm_trie_node))
 534 #define LPM_VAL_SIZE_MIN        1
 535
 536 #define LPM_KEY_SIZE(X)         (sizeof(struct bpf_lpm_trie_key) + (X))
 537 #define LPM_KEY_SIZE_MAX        LPM_KEY_SIZE(LPM_DATA_SIZE_MAX)
 538 #define LPM_KEY_SIZE_MIN        LPM_KEY_SIZE(LPM_DATA_SIZE_MIN)
 539
 540 #define LPM_CREATE_FLAG_MASK    (BPF_F_NO_PREALLOC | BPF_F_NUMA_NODE |  \
 541                                  BPF_F_ACCESS_MASK)
 542
 543 static struct bpf_map *trie_alloc(union bpf_attr *attr)
 544 {
 545         struct lpm_trie *trie;
 546
 547         /* check sanity of attributes */
 548         if (attr->max_entries == 0 ||
 549             !(attr->map_flags & BPF_F_NO_PREALLOC) ||
 550             attr->map_flags & ~LPM_CREATE_FLAG_MASK ||
 551             !bpf_map_flags_access_ok(attr->map_flags) ||
 552             attr->key_size < LPM_KEY_SIZE_MIN ||
 553             attr->key_size > LPM_KEY_SIZE_MAX ||
 554             attr->value_size < LPM_VAL_SIZE_MIN ||
 555             attr->value_size > LPM_VAL_SIZE_MAX)
 556                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 557
 558         trie = bpf_map_area_alloc(sizeof(*trie), NUMA_NO_NODE);
 559         if (!trie)
 560                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 561
 562         /* copy mandatory map attributes */
 563         bpf_map_init_from_attr(&trie->map, attr);
 564         trie->data_size = attr->key_size -
 565                           offsetof(struct bpf_lpm_trie_key, data);
 566         trie->max_prefixlen = trie->data_size * 8;
 567
 568         spin_lock_init(&trie->lock);
 569
 570         return &trie->map;
 571 }
 572
 573 static void trie_free(struct bpf_map *map)
 574 {
 575         struct lpm_trie *trie = container_of(map, struct lpm_trie, map);
 576         struct lpm_trie_node __rcu **slot;
 577         struct lpm_trie_node *node;
 578
 579         /* Always start at the root and walk down to a node that has no
 580          * children. Then free that node, nullify its reference in the parent
 581          * and start over.
 582          */
 583
 584         for (;;) {
 585                 slot = &trie->root;
 586
 587                 for (;;) {
 588                         node = rcu_dereference_protected(*slot, 1);
 589                         if (!node)
 590                                 goto out;
 591
 592                         if (rcu_access_pointer(node->child[0])) {
 593                                 slot = &node->child[0];
 594                                 continue;
 595                         }
 596
 597                         if (rcu_access_pointer(node->child[1])) {
 598                                 slot = &node->child[1];
 599                                 continue;
 600                         }
 601
 602                         kfree(node);
 603                         RCU_INIT_POINTER(*slot, NULL);
 604                         break;
 605                 }
 606         }
 607
 608 out:
 609         bpf_map_area_free(trie);
 610 }
 611
 612 static int trie_get_next_key(struct bpf_map *map, void *_key, void *_next_key)
 613 {
 614         struct lpm_trie_node *node, *next_node = NULL, *parent, *search_root;
 615         struct lpm_trie *trie = container_of(map, struct lpm_trie, map);
 616         struct bpf_lpm_trie_key *key = _key, *next_key = _next_key;
 617         struct lpm_trie_node **node_stack = NULL;
 618         int err = 0, stack_ptr = -1;
 619         unsigned int next_bit;
 620         size_t matchlen;
 621
 622         /* The get_next_key follows postorder. For the 4 node example in
 623          * the top of this file, the trie_get_next_key() returns the following
 624          * one after another:
 625          *   192.168.0.0/24
 626          *   192.168.1.0/24
 627          *   192.168.128.0/24
 628          *   192.168.0.0/16
 629          *
 630          * The idea is to return more specific keys before less specific ones.
 631          */
 632
 633         /* Empty trie */
 634         search_root = rcu_dereference(trie->root);
 635         if (!search_root)
 636                 return -ENOENT;
 637
 638         /* For invalid key, find the leftmost node in the trie */
 639         if (!key || key->prefixlen > trie->max_prefixlen)
 640                 goto find_leftmost;
 641
 642         node_stack = kmalloc_array(trie->max_prefixlen,
 643                                    sizeof(struct lpm_trie_node *),
 644                                    GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
 645         if (!node_stack)
 646                 return -ENOMEM;
 647
 648         /* Try to find the exact node for the given key */
 649         for (node = search_root; node;) {
 650                 node_stack[++stack_ptr] = node;
 651                 matchlen = longest_prefix_match(trie, node, key);
 652                 if (node->prefixlen != matchlen ||
 653                     node->prefixlen == key->prefixlen)
 654                         break;
 655
 656                 next_bit = extract_bit(key->data, node->prefixlen);
 657                 node = rcu_dereference(node->child[next_bit]);
 658         }
 659         if (!node || node->prefixlen != key->prefixlen ||
 660             (node->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM))
 661                 goto find_leftmost;
 662
 663         /* The node with the exactly-matching key has been found,
 664          * find the first node in postorder after the matched node.
 665          */
 666         node = node_stack[stack_ptr];
 667         while (stack_ptr > 0) {
 668                 parent = node_stack[stack_ptr - 1];
 669                 if (rcu_dereference(parent->child[0]) == node) {
 670                         search_root = rcu_dereference(parent->child[1]);
 671                         if (search_root)
 672                                 goto find_leftmost;
 673                 }
 674                 if (!(parent->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM)) {
 675                         next_node = parent;
 676                         goto do_copy;
 677                 }
 678
 679                 node = parent;
 680                 stack_ptr--;
 681         }
 682
 683         /* did not find anything */
 684         err = -ENOENT;
 685         goto free_stack;
 686
 687 find_leftmost:
 688         /* Find the leftmost non-intermediate node, all intermediate nodes
 689          * have exact two children, so this function will never return NULL.
 690          */
 691         for (node = search_root; node;) {
 692                 if (node->flags & LPM_TREE_NODE_FLAG_IM) {
 693                         node = rcu_dereference(node->child[0]);
 694                 } else {
 695                         next_node = node;
 696                         node = rcu_dereference(node->child[0]);
 697                         if (!node)
 698                                 node = rcu_dereference(next_node->child[1]);
 699                 }
 700         }
 701 do_copy:
 702         next_key->prefixlen = next_node->prefixlen;
 703         memcpy((void *)next_key + offsetof(struct bpf_lpm_trie_key, data),
 704                next_node->data, trie->data_size);
 705 free_stack:
 706         kfree(node_stack);
 707         return err;
 708 }
 709
 710 static int trie_check_btf(const struct bpf_map *map,
 711                           const struct btf *btf,
 712                           const struct btf_type *key_type,
 713                           const struct btf_type *value_type)
 714 {
 715         /* Keys must have struct bpf_lpm_trie_key embedded. */
 716         return BTF_INFO_KIND(key_type->info) != BTF_KIND_STRUCT ?
 717                -EINVAL : 0;
 718 }
 719
 720 static u64 trie_mem_usage(const struct bpf_map *map)
 721 {
 722         struct lpm_trie *trie = container_of(map, struct lpm_trie, map);
 723         u64 elem_size;
 724
 725         elem_size = sizeof(struct lpm_trie_node) + trie->data_size +
 726                             trie->map.value_size;
 727         return elem_size * READ_ONCE(trie->n_entries);
 728 }
 729
 730 BTF_ID_LIST_SINGLE(trie_map_btf_ids, struct, lpm_trie)
 731 const struct bpf_map_ops trie_map_ops = {
 732         .map_meta_equal = bpf_map_meta_equal,
 733         .map_alloc = trie_alloc,
 734         .map_free = trie_free,
 735         .map_get_next_key = trie_get_next_key,
 736         .map_lookup_elem = trie_lookup_elem,
 737         .map_update_elem = trie_update_elem,
 738         .map_delete_elem = trie_delete_elem,
 739         .map_lookup_batch = generic_map_lookup_batch,
 740         .map_update_batch = generic_map_update_batch,
 741         .map_delete_batch = generic_map_delete_batch,
 742         .map_check_btf = trie_check_btf,
 743         .map_mem_usage = trie_mem_usage,
 744         .map_btf_id = &trie_map_btf_ids[0],
 745 };