netfilter: nft_set_pipapo: skip inactive elements during set walk
[platform/kernel/linux-starfive.git] / net / netfilter / nft_set_pipapo.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2
3 /* PIPAPO: PIle PAcket POlicies: set for arbitrary concatenations of ranges
4  *
5  * Copyright (c) 2019-2020 Red Hat GmbH
6  *
7  * Author: Stefano Brivio <sbrivio@redhat.com>
8  */
9
10 /**
11  * DOC: Theory of Operation
12  *
13  *
14  * Problem
15  * -------
16  *
17  * Match packet bytes against entries composed of ranged or non-ranged packet
18  * field specifiers, mapping them to arbitrary references. For example:
19  *
20  * ::
21  *
22  *               --- fields --->
23  *      |    [net],[port],[net]... => [reference]
24  *   entries [net],[port],[net]... => [reference]
25  *      |    [net],[port],[net]... => [reference]
26  *      V    ...
27  *
28  * where [net] fields can be IP ranges or netmasks, and [port] fields are port
29  * ranges. Arbitrary packet fields can be matched.
30  *
31  *
32  * Algorithm Overview
33  * ------------------
34  *
35  * This algorithm is loosely inspired by [Ligatti 2010], and fundamentally
36  * relies on the consideration that every contiguous range in a space of b bits
37  * can be converted into b * 2 netmasks, from Theorem 3 in [Rottenstreich 2010],
38  * as also illustrated in Section 9 of [Kogan 2014].
39  *
40  * Classification against a number of entries, that require matching given bits
41  * of a packet field, is performed by grouping those bits in sets of arbitrary
42  * size, and classifying packet bits one group at a time.
43  *
44  * Example:
45  *   to match the source port (16 bits) of a packet, we can divide those 16 bits
46  *   in 4 groups of 4 bits each. Given the entry:
47  *      0000 0001 0101 1001
48  *   and a packet with source port:
49  *      0000 0001 1010 1001
50  *   first and second groups match, but the third doesn't. We conclude that the
51  *   packet doesn't match the given entry.
52  *
53  * Translate the set to a sequence of lookup tables, one per field. Each table
54  * has two dimensions: bit groups to be matched for a single packet field, and
55  * all the possible values of said groups (buckets). Input entries are
56  * represented as one or more rules, depending on the number of composing
57  * netmasks for the given field specifier, and a group match is indicated as a
58  * set bit, with number corresponding to the rule index, in all the buckets
59  * whose value matches the entry for a given group.
60  *
61  * Rules are mapped between fields through an array of x, n pairs, with each
62  * item mapping a matched rule to one or more rules. The position of the pair in
63  * the array indicates the matched rule to be mapped to the next field, x
64  * indicates the first rule index in the next field, and n the amount of
65  * next-field rules the current rule maps to.
66  *
67  * The mapping array for the last field maps to the desired references.
68  *
69  * To match, we perform table lookups using the values of grouped packet bits,
70  * and use a sequence of bitwise operations to progressively evaluate rule
71  * matching.
72  *
73  * A stand-alone, reference implementation, also including notes about possible
74  * future optimisations, is available at:
75  *    https://pipapo.lameexcu.se/
76  *
77  * Insertion
78  * ---------
79  *
80  * - For each packet field:
81  *
82  *   - divide the b packet bits we want to classify into groups of size t,
83  *     obtaining ceil(b / t) groups
84  *
85  *      Example: match on destination IP address, with t = 4: 32 bits, 8 groups
86  *      of 4 bits each
87  *
88  *   - allocate a lookup table with one column ("bucket") for each possible
89  *     value of a group, and with one row for each group
90  *
91  *      Example: 8 groups, 2^4 buckets:
92  *
93  * ::
94  *
95  *                     bucket
96  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
97  *        0
98  *        1
99  *        2
100  *        3
101  *        4
102  *        5
103  *        6
104  *        7
105  *
106  *   - map the bits we want to classify for the current field, for a given
107  *     entry, to a single rule for non-ranged and netmask set items, and to one
108  *     or multiple rules for ranges. Ranges are expanded to composing netmasks
109  *     by pipapo_expand().
110  *
111  *      Example: 2 entries, 10.0.0.5:1024 and 192.168.1.0-192.168.2.1:2048
112  *      - rule #0: 10.0.0.5
113  *      - rule #1: 192.168.1.0/24
114  *      - rule #2: 192.168.2.0/31
115  *
116  *   - insert references to the rules in the lookup table, selecting buckets
117  *     according to bit values of a rule in the given group. This is done by
118  *     pipapo_insert().
119  *
120  *      Example: given:
121  *      - rule #0: 10.0.0.5 mapping to buckets
122  *        < 0 10  0 0   0 0  0 5 >
123  *      - rule #1: 192.168.1.0/24 mapping to buckets
124  *        < 12 0  10 8  0 1  < 0..15 > < 0..15 > >
125  *      - rule #2: 192.168.2.0/31 mapping to buckets
126  *        < 12 0  10 8  0 2  0 < 0..1 > >
127  *
128  *      these bits are set in the lookup table:
129  *
130  * ::
131  *
132  *                     bucket
133  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
134  *        0    0                                              1,2
135  *        1   1,2                                      0
136  *        2    0                                      1,2
137  *        3    0                              1,2
138  *        4  0,1,2
139  *        5    0   1   2
140  *        6  0,1,2 1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
141  *        7   1,2 1,2  1   1   1  0,1  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
142  *
143  *   - if this is not the last field in the set, fill a mapping array that maps
144  *     rules from the lookup table to rules belonging to the same entry in
145  *     the next lookup table, done by pipapo_map().
146  *
147  *     Note that as rules map to contiguous ranges of rules, given how netmask
148  *     expansion and insertion is performed, &union nft_pipapo_map_bucket stores
149  *     this information as pairs of first rule index, rule count.
150  *
151  *      Example: 2 entries, 10.0.0.5:1024 and 192.168.1.0-192.168.2.1:2048,
152  *      given lookup table #0 for field 0 (see example above):
153  *
154  * ::
155  *
156  *                     bucket
157  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
158  *        0    0                                              1,2
159  *        1   1,2                                      0
160  *        2    0                                      1,2
161  *        3    0                              1,2
162  *        4  0,1,2
163  *        5    0   1   2
164  *        6  0,1,2 1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
165  *        7   1,2 1,2  1   1   1  0,1  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
166  *
167  *      and lookup table #1 for field 1 with:
168  *      - rule #0: 1024 mapping to buckets
169  *        < 0  0  4  0 >
170  *      - rule #1: 2048 mapping to buckets
171  *        < 0  0  5  0 >
172  *
173  * ::
174  *
175  *                     bucket
176  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
177  *        0   0,1
178  *        1   0,1
179  *        2                    0   1
180  *        3   0,1
181  *
182  *      we need to map rules for 10.0.0.5 in lookup table #0 (rule #0) to 1024
183  *      in lookup table #1 (rule #0) and rules for 192.168.1.0-192.168.2.1
184  *      (rules #1, #2) to 2048 in lookup table #2 (rule #1):
185  *
186  * ::
187  *
188  *       rule indices in current field: 0    1    2
189  *       map to rules in next field:    0    1    1
190  *
191  *   - if this is the last field in the set, fill a mapping array that maps
192  *     rules from the last lookup table to element pointers, also done by
193  *     pipapo_map().
194  *
195  *     Note that, in this implementation, we have two elements (start, end) for
196  *     each entry. The pointer to the end element is stored in this array, and
197  *     the pointer to the start element is linked from it.
198  *
199  *      Example: entry 10.0.0.5:1024 has a corresponding &struct nft_pipapo_elem
200  *      pointer, 0x66, and element for 192.168.1.0-192.168.2.1:2048 is at 0x42.
201  *      From the rules of lookup table #1 as mapped above:
202  *
203  * ::
204  *
205  *       rule indices in last field:    0    1
206  *       map to elements:             0x66  0x42
207  *
208  *
209  * Matching
210  * --------
211  *
212  * We use a result bitmap, with the size of a single lookup table bucket, to
213  * represent the matching state that applies at every algorithm step. This is
214  * done by pipapo_lookup().
215  *
216  * - For each packet field:
217  *
218  *   - start with an all-ones result bitmap (res_map in pipapo_lookup())
219  *
220  *   - perform a lookup into the table corresponding to the current field,
221  *     for each group, and at every group, AND the current result bitmap with
222  *     the value from the lookup table bucket
223  *
224  * ::
225  *
226  *      Example: 192.168.1.5 < 12 0  10 8  0 1  0 5 >, with lookup table from
227  *      insertion examples.
228  *      Lookup table buckets are at least 3 bits wide, we'll assume 8 bits for
229  *      convenience in this example. Initial result bitmap is 0xff, the steps
230  *      below show the value of the result bitmap after each group is processed:
231  *
232  *                     bucket
233  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
234  *        0    0                                              1,2
235  *        result bitmap is now: 0xff & 0x6 [bucket 12] = 0x6
236  *
237  *        1   1,2                                      0
238  *        result bitmap is now: 0x6 & 0x6 [bucket 0] = 0x6
239  *
240  *        2    0                                      1,2
241  *        result bitmap is now: 0x6 & 0x6 [bucket 10] = 0x6
242  *
243  *        3    0                              1,2
244  *        result bitmap is now: 0x6 & 0x6 [bucket 8] = 0x6
245  *
246  *        4  0,1,2
247  *        result bitmap is now: 0x6 & 0x7 [bucket 0] = 0x6
248  *
249  *        5    0   1   2
250  *        result bitmap is now: 0x6 & 0x2 [bucket 1] = 0x2
251  *
252  *        6  0,1,2 1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
253  *        result bitmap is now: 0x2 & 0x7 [bucket 0] = 0x2
254  *
255  *        7   1,2 1,2  1   1   1  0,1  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
256  *        final result bitmap for this field is: 0x2 & 0x3 [bucket 5] = 0x2
257  *
258  *   - at the next field, start with a new, all-zeroes result bitmap. For each
259  *     bit set in the previous result bitmap, fill the new result bitmap
260  *     (fill_map in pipapo_lookup()) with the rule indices from the
261  *     corresponding buckets of the mapping field for this field, done by
262  *     pipapo_refill()
263  *
264  *      Example: with mapping table from insertion examples, with the current
265  *      result bitmap from the previous example, 0x02:
266  *
267  * ::
268  *
269  *       rule indices in current field: 0    1    2
270  *       map to rules in next field:    0    1    1
271  *
272  *      the new result bitmap will be 0x02: rule 1 was set, and rule 1 will be
273  *      set.
274  *
275  *      We can now extend this example to cover the second iteration of the step
276  *      above (lookup and AND bitmap): assuming the port field is
277  *      2048 < 0  0  5  0 >, with starting result bitmap 0x2, and lookup table
278  *      for "port" field from pre-computation example:
279  *
280  * ::
281  *
282  *                     bucket
283  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
284  *        0   0,1
285  *        1   0,1
286  *        2                    0   1
287  *        3   0,1
288  *
289  *       operations are: 0x2 & 0x3 [bucket 0] & 0x3 [bucket 0] & 0x2 [bucket 5]
290  *       & 0x3 [bucket 0], resulting bitmap is 0x2.
291  *
292  *   - if this is the last field in the set, look up the value from the mapping
293  *     array corresponding to the final result bitmap
294  *
295  *      Example: 0x2 resulting bitmap from 192.168.1.5:2048, mapping array for
296  *      last field from insertion example:
297  *
298  * ::
299  *
300  *       rule indices in last field:    0    1
301  *       map to elements:             0x66  0x42
302  *
303  *      the matching element is at 0x42.
304  *
305  *
306  * References
307  * ----------
308  *
309  * [Ligatti 2010]
310  *      A Packet-classification Algorithm for Arbitrary Bitmask Rules, with
311  *      Automatic Time-space Tradeoffs
312  *      Jay Ligatti, Josh Kuhn, and Chris Gage.
313  *      Proceedings of the IEEE International Conference on Computer
314  *      Communication Networks (ICCCN), August 2010.
315  *      https://www.cse.usf.edu/~ligatti/papers/grouper-conf.pdf
316  *
317  * [Rottenstreich 2010]
318  *      Worst-Case TCAM Rule Expansion
319  *      Ori Rottenstreich and Isaac Keslassy.
320  *      2010 Proceedings IEEE INFOCOM, San Diego, CA, 2010.
321  *      http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.212.4592&rep=rep1&type=pdf
322  *
323  * [Kogan 2014]
324  *      SAX-PAC (Scalable And eXpressive PAcket Classification)
325  *      Kirill Kogan, Sergey Nikolenko, Ori Rottenstreich, William Culhane,
326  *      and Patrick Eugster.
327  *      Proceedings of the 2014 ACM conference on SIGCOMM, August 2014.
328  *      https://www.sigcomm.org/sites/default/files/ccr/papers/2014/August/2619239-2626294.pdf
329  */
330
331 #include <linux/kernel.h>
332 #include <linux/init.h>
333 #include <linux/module.h>
334 #include <linux/netlink.h>
335 #include <linux/netfilter.h>
336 #include <linux/netfilter/nf_tables.h>
337 #include <net/netfilter/nf_tables_core.h>
338 #include <uapi/linux/netfilter/nf_tables.h>
339 #include <linux/bitmap.h>
340 #include <linux/bitops.h>
341
342 #include "nft_set_pipapo_avx2.h"
343 #include "nft_set_pipapo.h"
344
345 /* Current working bitmap index, toggled between field matches */
346 static DEFINE_PER_CPU(bool, nft_pipapo_scratch_index);
347
348 /**
349  * pipapo_refill() - For each set bit, set bits from selected mapping table item
350  * @map:        Bitmap to be scanned for set bits
351  * @len:        Length of bitmap in longs
352  * @rules:      Number of rules in field
353  * @dst:        Destination bitmap
354  * @mt:         Mapping table containing bit set specifiers
355  * @match_only: Find a single bit and return, don't fill
356  *
357  * Iteration over set bits with __builtin_ctzl(): Daniel Lemire, public domain.
358  *
359  * For each bit set in map, select the bucket from mapping table with index
360  * corresponding to the position of the bit set. Use start bit and amount of
361  * bits specified in bucket to fill region in dst.
362  *
363  * Return: -1 on no match, bit position on 'match_only', 0 otherwise.
364  */
365 int pipapo_refill(unsigned long *map, int len, int rules, unsigned long *dst,
366                   union nft_pipapo_map_bucket *mt, bool match_only)
367 {
368         unsigned long bitset;
369         int k, ret = -1;
370
371         for (k = 0; k < len; k++) {
372                 bitset = map[k];
373                 while (bitset) {
374                         unsigned long t = bitset & -bitset;
375                         int r = __builtin_ctzl(bitset);
376                         int i = k * BITS_PER_LONG + r;
377
378                         if (unlikely(i >= rules)) {
379                                 map[k] = 0;
380                                 return -1;
381                         }
382
383                         if (match_only) {
384                                 bitmap_clear(map, i, 1);
385                                 return i;
386                         }
387
388                         ret = 0;
389
390                         bitmap_set(dst, mt[i].to, mt[i].n);
391
392                         bitset ^= t;
393                 }
394                 map[k] = 0;
395         }
396
397         return ret;
398 }
399
400 /**
401  * nft_pipapo_lookup() - Lookup function
402  * @net:        Network namespace
403  * @set:        nftables API set representation
404  * @key:        nftables API element representation containing key data
405  * @ext:        nftables API extension pointer, filled with matching reference
406  *
407  * For more details, see DOC: Theory of Operation.
408  *
409  * Return: true on match, false otherwise.
410  */
411 bool nft_pipapo_lookup(const struct net *net, const struct nft_set *set,
412                        const u32 *key, const struct nft_set_ext **ext)
413 {
414         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
415         unsigned long *res_map, *fill_map;
416         u8 genmask = nft_genmask_cur(net);
417         const u8 *rp = (const u8 *)key;
418         struct nft_pipapo_match *m;
419         struct nft_pipapo_field *f;
420         bool map_index;
421         int i;
422
423         local_bh_disable();
424
425         map_index = raw_cpu_read(nft_pipapo_scratch_index);
426
427         m = rcu_dereference(priv->match);
428
429         if (unlikely(!m || !*raw_cpu_ptr(m->scratch)))
430                 goto out;
431
432         res_map  = *raw_cpu_ptr(m->scratch) + (map_index ? m->bsize_max : 0);
433         fill_map = *raw_cpu_ptr(m->scratch) + (map_index ? 0 : m->bsize_max);
434
435         memset(res_map, 0xff, m->bsize_max * sizeof(*res_map));
436
437         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
438                 bool last = i == m->field_count - 1;
439                 int b;
440
441                 /* For each bit group: select lookup table bucket depending on
442                  * packet bytes value, then AND bucket value
443                  */
444                 if (likely(f->bb == 8))
445                         pipapo_and_field_buckets_8bit(f, res_map, rp);
446                 else
447                         pipapo_and_field_buckets_4bit(f, res_map, rp);
448                 NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_ARE_8_OR_4;
449
450                 rp += f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f);
451
452                 /* Now populate the bitmap for the next field, unless this is
453                  * the last field, in which case return the matched 'ext'
454                  * pointer if any.
455                  *
456                  * Now res_map contains the matching bitmap, and fill_map is the
457                  * bitmap for the next field.
458                  */
459 next_match:
460                 b = pipapo_refill(res_map, f->bsize, f->rules, fill_map, f->mt,
461                                   last);
462                 if (b < 0) {
463                         raw_cpu_write(nft_pipapo_scratch_index, map_index);
464                         local_bh_enable();
465
466                         return false;
467                 }
468
469                 if (last) {
470                         *ext = &f->mt[b].e->ext;
471                         if (unlikely(nft_set_elem_expired(*ext) ||
472                                      !nft_set_elem_active(*ext, genmask)))
473                                 goto next_match;
474
475                         /* Last field: we're just returning the key without
476                          * filling the initial bitmap for the next field, so the
477                          * current inactive bitmap is clean and can be reused as
478                          * *next* bitmap (not initial) for the next packet.
479                          */
480                         raw_cpu_write(nft_pipapo_scratch_index, map_index);
481                         local_bh_enable();
482
483                         return true;
484                 }
485
486                 /* Swap bitmap indices: res_map is the initial bitmap for the
487                  * next field, and fill_map is guaranteed to be all-zeroes at
488                  * this point.
489                  */
490                 map_index = !map_index;
491                 swap(res_map, fill_map);
492
493                 rp += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDING(f);
494         }
495
496 out:
497         local_bh_enable();
498         return false;
499 }
500
501 /**
502  * pipapo_get() - Get matching element reference given key data
503  * @net:        Network namespace
504  * @set:        nftables API set representation
505  * @data:       Key data to be matched against existing elements
506  * @genmask:    If set, check that element is active in given genmask
507  *
508  * This is essentially the same as the lookup function, except that it matches
509  * key data against the uncommitted copy and doesn't use preallocated maps for
510  * bitmap results.
511  *
512  * Return: pointer to &struct nft_pipapo_elem on match, error pointer otherwise.
513  */
514 static struct nft_pipapo_elem *pipapo_get(const struct net *net,
515                                           const struct nft_set *set,
516                                           const u8 *data, u8 genmask)
517 {
518         struct nft_pipapo_elem *ret = ERR_PTR(-ENOENT);
519         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
520         struct nft_pipapo_match *m = priv->clone;
521         unsigned long *res_map, *fill_map = NULL;
522         struct nft_pipapo_field *f;
523         int i;
524
525         res_map = kmalloc_array(m->bsize_max, sizeof(*res_map), GFP_ATOMIC);
526         if (!res_map) {
527                 ret = ERR_PTR(-ENOMEM);
528                 goto out;
529         }
530
531         fill_map = kcalloc(m->bsize_max, sizeof(*res_map), GFP_ATOMIC);
532         if (!fill_map) {
533                 ret = ERR_PTR(-ENOMEM);
534                 goto out;
535         }
536
537         memset(res_map, 0xff, m->bsize_max * sizeof(*res_map));
538
539         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
540                 bool last = i == m->field_count - 1;
541                 int b;
542
543                 /* For each bit group: select lookup table bucket depending on
544                  * packet bytes value, then AND bucket value
545                  */
546                 if (f->bb == 8)
547                         pipapo_and_field_buckets_8bit(f, res_map, data);
548                 else if (f->bb == 4)
549                         pipapo_and_field_buckets_4bit(f, res_map, data);
550                 else
551                         BUG();
552
553                 data += f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f);
554
555                 /* Now populate the bitmap for the next field, unless this is
556                  * the last field, in which case return the matched 'ext'
557                  * pointer if any.
558                  *
559                  * Now res_map contains the matching bitmap, and fill_map is the
560                  * bitmap for the next field.
561                  */
562 next_match:
563                 b = pipapo_refill(res_map, f->bsize, f->rules, fill_map, f->mt,
564                                   last);
565                 if (b < 0)
566                         goto out;
567
568                 if (last) {
569                         if (nft_set_elem_expired(&f->mt[b].e->ext))
570                                 goto next_match;
571                         if ((genmask &&
572                              !nft_set_elem_active(&f->mt[b].e->ext, genmask)))
573                                 goto next_match;
574
575                         ret = f->mt[b].e;
576                         goto out;
577                 }
578
579                 data += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDING(f);
580
581                 /* Swap bitmap indices: fill_map will be the initial bitmap for
582                  * the next field (i.e. the new res_map), and res_map is
583                  * guaranteed to be all-zeroes at this point, ready to be filled
584                  * according to the next mapping table.
585                  */
586                 swap(res_map, fill_map);
587         }
588
589 out:
590         kfree(fill_map);
591         kfree(res_map);
592         return ret;
593 }
594
595 /**
596  * nft_pipapo_get() - Get matching element reference given key data
597  * @net:        Network namespace
598  * @set:        nftables API set representation
599  * @elem:       nftables API element representation containing key data
600  * @flags:      Unused
601  */
602 static void *nft_pipapo_get(const struct net *net, const struct nft_set *set,
603                             const struct nft_set_elem *elem, unsigned int flags)
604 {
605         return pipapo_get(net, set, (const u8 *)elem->key.val.data,
606                          nft_genmask_cur(net));
607 }
608
609 /**
610  * pipapo_resize() - Resize lookup or mapping table, or both
611  * @f:          Field containing lookup and mapping tables
612  * @old_rules:  Previous amount of rules in field
613  * @rules:      New amount of rules
614  *
615  * Increase, decrease or maintain tables size depending on new amount of rules,
616  * and copy data over. In case the new size is smaller, throw away data for
617  * highest-numbered rules.
618  *
619  * Return: 0 on success, -ENOMEM on allocation failure.
620  */
621 static int pipapo_resize(struct nft_pipapo_field *f, int old_rules, int rules)
622 {
623         long *new_lt = NULL, *new_p, *old_lt = f->lt, *old_p;
624         union nft_pipapo_map_bucket *new_mt, *old_mt = f->mt;
625         size_t new_bucket_size, copy;
626         int group, bucket;
627
628         new_bucket_size = DIV_ROUND_UP(rules, BITS_PER_LONG);
629 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
630         new_bucket_size = roundup(new_bucket_size,
631                                   NFT_PIPAPO_ALIGN / sizeof(*new_lt));
632 #endif
633
634         if (new_bucket_size == f->bsize)
635                 goto mt;
636
637         if (new_bucket_size > f->bsize)
638                 copy = f->bsize;
639         else
640                 copy = new_bucket_size;
641
642         new_lt = kvzalloc(f->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) *
643                           new_bucket_size * sizeof(*new_lt) +
644                           NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM,
645                           GFP_KERNEL);
646         if (!new_lt)
647                 return -ENOMEM;
648
649         new_p = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt);
650         old_p = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(old_lt);
651
652         for (group = 0; group < f->groups; group++) {
653                 for (bucket = 0; bucket < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); bucket++) {
654                         memcpy(new_p, old_p, copy * sizeof(*new_p));
655                         new_p += copy;
656                         old_p += copy;
657
658                         if (new_bucket_size > f->bsize)
659                                 new_p += new_bucket_size - f->bsize;
660                         else
661                                 old_p += f->bsize - new_bucket_size;
662                 }
663         }
664
665 mt:
666         new_mt = kvmalloc(rules * sizeof(*new_mt), GFP_KERNEL);
667         if (!new_mt) {
668                 kvfree(new_lt);
669                 return -ENOMEM;
670         }
671
672         memcpy(new_mt, f->mt, min(old_rules, rules) * sizeof(*new_mt));
673         if (rules > old_rules) {
674                 memset(new_mt + old_rules, 0,
675                        (rules - old_rules) * sizeof(*new_mt));
676         }
677
678         if (new_lt) {
679                 f->bsize = new_bucket_size;
680                 NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(f, new_lt);
681                 kvfree(old_lt);
682         }
683
684         f->mt = new_mt;
685         kvfree(old_mt);
686
687         return 0;
688 }
689
690 /**
691  * pipapo_bucket_set() - Set rule bit in bucket given group and group value
692  * @f:          Field containing lookup table
693  * @rule:       Rule index
694  * @group:      Group index
695  * @v:          Value of bit group
696  */
697 static void pipapo_bucket_set(struct nft_pipapo_field *f, int rule, int group,
698                               int v)
699 {
700         unsigned long *pos;
701
702         pos = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt);
703         pos += f->bsize * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) * group;
704         pos += f->bsize * v;
705
706         __set_bit(rule, pos);
707 }
708
709 /**
710  * pipapo_lt_4b_to_8b() - Switch lookup table group width from 4 bits to 8 bits
711  * @old_groups: Number of current groups
712  * @bsize:      Size of one bucket, in longs
713  * @old_lt:     Pointer to the current lookup table
714  * @new_lt:     Pointer to the new, pre-allocated lookup table
715  *
716  * Each bucket with index b in the new lookup table, belonging to group g, is
717  * filled with the bit intersection between:
718  * - bucket with index given by the upper 4 bits of b, from group g, and
719  * - bucket with index given by the lower 4 bits of b, from group g + 1
720  *
721  * That is, given buckets from the new lookup table N(x, y) and the old lookup
722  * table O(x, y), with x bucket index, and y group index:
723  *
724  *      N(b, g) := O(b / 16, g) & O(b % 16, g + 1)
725  *
726  * This ensures equivalence of the matching results on lookup. Two examples in
727  * pictures:
728  *
729  *              bucket
730  *  group  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ... 254 255
731  *    0                ^
732  *    1                |                                                 ^
733  *   ...             ( & )                                               |
734  *                  /     \                                              |
735  *                 /       \                                         .-( & )-.
736  *                /  bucket \                                        |       |
737  *      group  0 / 1   2   3 \ 4   5   6   7   8   9  10  11  12  13 |14  15 |
738  *        0     /             \                                      |       |
739  *        1                    \                                     |       |
740  *        2                                                          |     --'
741  *        3                                                          '-
742  *       ...
743  */
744 static void pipapo_lt_4b_to_8b(int old_groups, int bsize,
745                                unsigned long *old_lt, unsigned long *new_lt)
746 {
747         int g, b, i;
748
749         for (g = 0; g < old_groups / 2; g++) {
750                 int src_g0 = g * 2, src_g1 = g * 2 + 1;
751
752                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(8); b++) {
753                         int src_b0 = b / NFT_PIPAPO_BUCKETS(4);
754                         int src_b1 = b % NFT_PIPAPO_BUCKETS(4);
755                         int src_i0 = src_g0 * NFT_PIPAPO_BUCKETS(4) + src_b0;
756                         int src_i1 = src_g1 * NFT_PIPAPO_BUCKETS(4) + src_b1;
757
758                         for (i = 0; i < bsize; i++) {
759                                 *new_lt = old_lt[src_i0 * bsize + i] &
760                                           old_lt[src_i1 * bsize + i];
761                                 new_lt++;
762                         }
763                 }
764         }
765 }
766
767 /**
768  * pipapo_lt_8b_to_4b() - Switch lookup table group width from 8 bits to 4 bits
769  * @old_groups: Number of current groups
770  * @bsize:      Size of one bucket, in longs
771  * @old_lt:     Pointer to the current lookup table
772  * @new_lt:     Pointer to the new, pre-allocated lookup table
773  *
774  * Each bucket with index b in the new lookup table, belonging to group g, is
775  * filled with the bit union of:
776  * - all the buckets with index such that the upper four bits of the lower byte
777  *   equal b, from group g, with g odd
778  * - all the buckets with index such that the lower four bits equal b, from
779  *   group g, with g even
780  *
781  * That is, given buckets from the new lookup table N(x, y) and the old lookup
782  * table O(x, y), with x bucket index, and y group index:
783  *
784  *      - with g odd:  N(b, g) := U(O(x, g) for each x : x = (b & 0xf0) >> 4)
785  *      - with g even: N(b, g) := U(O(x, g) for each x : x = b & 0x0f)
786  *
787  * where U() denotes the arbitrary union operation (binary OR of n terms). This
788  * ensures equivalence of the matching results on lookup.
789  */
790 static void pipapo_lt_8b_to_4b(int old_groups, int bsize,
791                                unsigned long *old_lt, unsigned long *new_lt)
792 {
793         int g, b, bsrc, i;
794
795         memset(new_lt, 0, old_groups * 2 * NFT_PIPAPO_BUCKETS(4) * bsize *
796                           sizeof(unsigned long));
797
798         for (g = 0; g < old_groups * 2; g += 2) {
799                 int src_g = g / 2;
800
801                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(4); b++) {
802                         for (bsrc = NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * src_g;
803                              bsrc < NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * (src_g + 1);
804                              bsrc++) {
805                                 if (((bsrc & 0xf0) >> 4) != b)
806                                         continue;
807
808                                 for (i = 0; i < bsize; i++)
809                                         new_lt[i] |= old_lt[bsrc * bsize + i];
810                         }
811
812                         new_lt += bsize;
813                 }
814
815                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(4); b++) {
816                         for (bsrc = NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * src_g;
817                              bsrc < NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * (src_g + 1);
818                              bsrc++) {
819                                 if ((bsrc & 0x0f) != b)
820                                         continue;
821
822                                 for (i = 0; i < bsize; i++)
823                                         new_lt[i] |= old_lt[bsrc * bsize + i];
824                         }
825
826                         new_lt += bsize;
827                 }
828         }
829 }
830
831 /**
832  * pipapo_lt_bits_adjust() - Adjust group size for lookup table if needed
833  * @f:          Field containing lookup table
834  */
835 static void pipapo_lt_bits_adjust(struct nft_pipapo_field *f)
836 {
837         unsigned long *new_lt;
838         int groups, bb;
839         size_t lt_size;
840
841         lt_size = f->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) * f->bsize *
842                   sizeof(*f->lt);
843
844         if (f->bb == NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_SMALL_SET &&
845             lt_size > NFT_PIPAPO_LT_SIZE_HIGH) {
846                 groups = f->groups * 2;
847                 bb = NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_LARGE_SET;
848
849                 lt_size = groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(bb) * f->bsize *
850                           sizeof(*f->lt);
851         } else if (f->bb == NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_LARGE_SET &&
852                    lt_size < NFT_PIPAPO_LT_SIZE_LOW) {
853                 groups = f->groups / 2;
854                 bb = NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_SMALL_SET;
855
856                 lt_size = groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(bb) * f->bsize *
857                           sizeof(*f->lt);
858
859                 /* Don't increase group width if the resulting lookup table size
860                  * would exceed the upper size threshold for a "small" set.
861                  */
862                 if (lt_size > NFT_PIPAPO_LT_SIZE_HIGH)
863                         return;
864         } else {
865                 return;
866         }
867
868         new_lt = kvzalloc(lt_size + NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM, GFP_KERNEL);
869         if (!new_lt)
870                 return;
871
872         NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_ARE_8_OR_4;
873         if (f->bb == 4 && bb == 8) {
874                 pipapo_lt_4b_to_8b(f->groups, f->bsize,
875                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt),
876                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt));
877         } else if (f->bb == 8 && bb == 4) {
878                 pipapo_lt_8b_to_4b(f->groups, f->bsize,
879                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt),
880                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt));
881         } else {
882                 BUG();
883         }
884
885         f->groups = groups;
886         f->bb = bb;
887         kvfree(f->lt);
888         NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(f, new_lt);
889 }
890
891 /**
892  * pipapo_insert() - Insert new rule in field given input key and mask length
893  * @f:          Field containing lookup table
894  * @k:          Input key for classification, without nftables padding
895  * @mask_bits:  Length of mask; matches field length for non-ranged entry
896  *
897  * Insert a new rule reference in lookup buckets corresponding to k and
898  * mask_bits.
899  *
900  * Return: 1 on success (one rule inserted), negative error code on failure.
901  */
902 static int pipapo_insert(struct nft_pipapo_field *f, const uint8_t *k,
903                          int mask_bits)
904 {
905         int rule = f->rules, group, ret, bit_offset = 0;
906
907         ret = pipapo_resize(f, f->rules, f->rules + 1);
908         if (ret)
909                 return ret;
910
911         f->rules++;
912
913         for (group = 0; group < f->groups; group++) {
914                 int i, v;
915                 u8 mask;
916
917                 v = k[group / (BITS_PER_BYTE / f->bb)];
918                 v &= GENMASK(BITS_PER_BYTE - bit_offset - 1, 0);
919                 v >>= (BITS_PER_BYTE - bit_offset) - f->bb;
920
921                 bit_offset += f->bb;
922                 bit_offset %= BITS_PER_BYTE;
923
924                 if (mask_bits >= (group + 1) * f->bb) {
925                         /* Not masked */
926                         pipapo_bucket_set(f, rule, group, v);
927                 } else if (mask_bits <= group * f->bb) {
928                         /* Completely masked */
929                         for (i = 0; i < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); i++)
930                                 pipapo_bucket_set(f, rule, group, i);
931                 } else {
932                         /* The mask limit falls on this group */
933                         mask = GENMASK(f->bb - 1, 0);
934                         mask >>= mask_bits - group * f->bb;
935                         for (i = 0; i < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); i++) {
936                                 if ((i & ~mask) == (v & ~mask))
937                                         pipapo_bucket_set(f, rule, group, i);
938                         }
939                 }
940         }
941
942         pipapo_lt_bits_adjust(f);
943
944         return 1;
945 }
946
947 /**
948  * pipapo_step_diff() - Check if setting @step bit in netmask would change it
949  * @base:       Mask we are expanding
950  * @step:       Step bit for given expansion step
951  * @len:        Total length of mask space (set and unset bits), bytes
952  *
953  * Convenience function for mask expansion.
954  *
955  * Return: true if step bit changes mask (i.e. isn't set), false otherwise.
956  */
957 static bool pipapo_step_diff(u8 *base, int step, int len)
958 {
959         /* Network order, byte-addressed */
960 #ifdef __BIG_ENDIAN__
961         return !(BIT(step % BITS_PER_BYTE) & base[step / BITS_PER_BYTE]);
962 #else
963         return !(BIT(step % BITS_PER_BYTE) &
964                  base[len - 1 - step / BITS_PER_BYTE]);
965 #endif
966 }
967
968 /**
969  * pipapo_step_after_end() - Check if mask exceeds range end with given step
970  * @base:       Mask we are expanding
971  * @end:        End of range
972  * @step:       Step bit for given expansion step, highest bit to be set
973  * @len:        Total length of mask space (set and unset bits), bytes
974  *
975  * Convenience function for mask expansion.
976  *
977  * Return: true if mask exceeds range setting step bits, false otherwise.
978  */
979 static bool pipapo_step_after_end(const u8 *base, const u8 *end, int step,
980                                   int len)
981 {
982         u8 tmp[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES];
983         int i;
984
985         memcpy(tmp, base, len);
986
987         /* Network order, byte-addressed */
988         for (i = 0; i <= step; i++)
989 #ifdef __BIG_ENDIAN__
990                 tmp[i / BITS_PER_BYTE] |= BIT(i % BITS_PER_BYTE);
991 #else
992                 tmp[len - 1 - i / BITS_PER_BYTE] |= BIT(i % BITS_PER_BYTE);
993 #endif
994
995         return memcmp(tmp, end, len) > 0;
996 }
997
998 /**
999  * pipapo_base_sum() - Sum step bit to given len-sized netmask base with carry
1000  * @base:       Netmask base
1001  * @step:       Step bit to sum
1002  * @len:        Netmask length, bytes
1003  */
1004 static void pipapo_base_sum(u8 *base, int step, int len)
1005 {
1006         bool carry = false;
1007         int i;
1008
1009         /* Network order, byte-addressed */
1010 #ifdef __BIG_ENDIAN__
1011         for (i = step / BITS_PER_BYTE; i < len; i++) {
1012 #else
1013         for (i = len - 1 - step / BITS_PER_BYTE; i >= 0; i--) {
1014 #endif
1015                 if (carry)
1016                         base[i]++;
1017                 else
1018                         base[i] += 1 << (step % BITS_PER_BYTE);
1019
1020                 if (base[i])
1021                         break;
1022
1023                 carry = true;
1024         }
1025 }
1026
1027 /**
1028  * pipapo_expand() - Expand to composing netmasks, insert into lookup table
1029  * @f:          Field containing lookup table
1030  * @start:      Start of range
1031  * @end:        End of range
1032  * @len:        Length of value in bits
1033  *
1034  * Expand range to composing netmasks and insert corresponding rule references
1035  * in lookup buckets.
1036  *
1037  * Return: number of inserted rules on success, negative error code on failure.
1038  */
1039 static int pipapo_expand(struct nft_pipapo_field *f,
1040                          const u8 *start, const u8 *end, int len)
1041 {
1042         int step, masks = 0, bytes = DIV_ROUND_UP(len, BITS_PER_BYTE);
1043         u8 base[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES];
1044
1045         memcpy(base, start, bytes);
1046         while (memcmp(base, end, bytes) <= 0) {
1047                 int err;
1048
1049                 step = 0;
1050                 while (pipapo_step_diff(base, step, bytes)) {
1051                         if (pipapo_step_after_end(base, end, step, bytes))
1052                                 break;
1053
1054                         step++;
1055                         if (step >= len) {
1056                                 if (!masks) {
1057                                         err = pipapo_insert(f, base, 0);
1058                                         if (err < 0)
1059                                                 return err;
1060                                         masks = 1;
1061                                 }
1062                                 goto out;
1063                         }
1064                 }
1065
1066                 err = pipapo_insert(f, base, len - step);
1067
1068                 if (err < 0)
1069                         return err;
1070
1071                 masks++;
1072                 pipapo_base_sum(base, step, bytes);
1073         }
1074 out:
1075         return masks;
1076 }
1077
1078 /**
1079  * pipapo_map() - Insert rules in mapping tables, mapping them between fields
1080  * @m:          Matching data, including mapping table
1081  * @map:        Table of rule maps: array of first rule and amount of rules
1082  *              in next field a given rule maps to, for each field
1083  * @e:          For last field, nft_set_ext pointer matching rules map to
1084  */
1085 static void pipapo_map(struct nft_pipapo_match *m,
1086                        union nft_pipapo_map_bucket map[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS],
1087                        struct nft_pipapo_elem *e)
1088 {
1089         struct nft_pipapo_field *f;
1090         int i, j;
1091
1092         for (i = 0, f = m->f; i < m->field_count - 1; i++, f++) {
1093                 for (j = 0; j < map[i].n; j++) {
1094                         f->mt[map[i].to + j].to = map[i + 1].to;
1095                         f->mt[map[i].to + j].n = map[i + 1].n;
1096                 }
1097         }
1098
1099         /* Last field: map to ext instead of mapping to next field */
1100         for (j = 0; j < map[i].n; j++)
1101                 f->mt[map[i].to + j].e = e;
1102 }
1103
1104 /**
1105  * pipapo_realloc_scratch() - Reallocate scratch maps for partial match results
1106  * @clone:      Copy of matching data with pending insertions and deletions
1107  * @bsize_max:  Maximum bucket size, scratch maps cover two buckets
1108  *
1109  * Return: 0 on success, -ENOMEM on failure.
1110  */
1111 static int pipapo_realloc_scratch(struct nft_pipapo_match *clone,
1112                                   unsigned long bsize_max)
1113 {
1114         int i;
1115
1116         for_each_possible_cpu(i) {
1117                 unsigned long *scratch;
1118 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1119                 unsigned long *scratch_aligned;
1120 #endif
1121
1122                 scratch = kzalloc_node(bsize_max * sizeof(*scratch) * 2 +
1123                                        NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM,
1124                                        GFP_KERNEL, cpu_to_node(i));
1125                 if (!scratch) {
1126                         /* On failure, there's no need to undo previous
1127                          * allocations: this means that some scratch maps have
1128                          * a bigger allocated size now (this is only called on
1129                          * insertion), but the extra space won't be used by any
1130                          * CPU as new elements are not inserted and m->bsize_max
1131                          * is not updated.
1132                          */
1133                         return -ENOMEM;
1134                 }
1135
1136                 kfree(*per_cpu_ptr(clone->scratch, i));
1137
1138                 *per_cpu_ptr(clone->scratch, i) = scratch;
1139
1140 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1141                 scratch_aligned = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(scratch);
1142                 *per_cpu_ptr(clone->scratch_aligned, i) = scratch_aligned;
1143 #endif
1144         }
1145
1146         return 0;
1147 }
1148
1149 /**
1150  * nft_pipapo_insert() - Validate and insert ranged elements
1151  * @net:        Network namespace
1152  * @set:        nftables API set representation
1153  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1154  * @ext2:       Filled with pointer to &struct nft_set_ext in inserted element
1155  *
1156  * Return: 0 on success, error pointer on failure.
1157  */
1158 static int nft_pipapo_insert(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1159                              const struct nft_set_elem *elem,
1160                              struct nft_set_ext **ext2)
1161 {
1162         const struct nft_set_ext *ext = nft_set_elem_ext(set, elem->priv);
1163         union nft_pipapo_map_bucket rulemap[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS];
1164         const u8 *start = (const u8 *)elem->key.val.data, *end;
1165         struct nft_pipapo_elem *e = elem->priv, *dup;
1166         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1167         struct nft_pipapo_match *m = priv->clone;
1168         u8 genmask = nft_genmask_next(net);
1169         struct nft_pipapo_field *f;
1170         const u8 *start_p, *end_p;
1171         int i, bsize_max, err = 0;
1172
1173         if (nft_set_ext_exists(ext, NFT_SET_EXT_KEY_END))
1174                 end = (const u8 *)nft_set_ext_key_end(ext)->data;
1175         else
1176                 end = start;
1177
1178         dup = pipapo_get(net, set, start, genmask);
1179         if (!IS_ERR(dup)) {
1180                 /* Check if we already have the same exact entry */
1181                 const struct nft_data *dup_key, *dup_end;
1182
1183                 dup_key = nft_set_ext_key(&dup->ext);
1184                 if (nft_set_ext_exists(&dup->ext, NFT_SET_EXT_KEY_END))
1185                         dup_end = nft_set_ext_key_end(&dup->ext);
1186                 else
1187                         dup_end = dup_key;
1188
1189                 if (!memcmp(start, dup_key->data, sizeof(*dup_key->data)) &&
1190                     !memcmp(end, dup_end->data, sizeof(*dup_end->data))) {
1191                         *ext2 = &dup->ext;
1192                         return -EEXIST;
1193                 }
1194
1195                 return -ENOTEMPTY;
1196         }
1197
1198         if (PTR_ERR(dup) == -ENOENT) {
1199                 /* Look for partially overlapping entries */
1200                 dup = pipapo_get(net, set, end, nft_genmask_next(net));
1201         }
1202
1203         if (PTR_ERR(dup) != -ENOENT) {
1204                 if (IS_ERR(dup))
1205                         return PTR_ERR(dup);
1206                 *ext2 = &dup->ext;
1207                 return -ENOTEMPTY;
1208         }
1209
1210         /* Validate */
1211         start_p = start;
1212         end_p = end;
1213         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1214                 if (f->rules >= (unsigned long)NFT_PIPAPO_RULE0_MAX)
1215                         return -ENOSPC;
1216
1217                 if (memcmp(start_p, end_p,
1218                            f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f)) > 0)
1219                         return -EINVAL;
1220
1221                 start_p += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1222                 end_p += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1223         }
1224
1225         /* Insert */
1226         priv->dirty = true;
1227
1228         bsize_max = m->bsize_max;
1229
1230         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1231                 int ret;
1232
1233                 rulemap[i].to = f->rules;
1234
1235                 ret = memcmp(start, end,
1236                              f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f));
1237                 if (!ret)
1238                         ret = pipapo_insert(f, start, f->groups * f->bb);
1239                 else
1240                         ret = pipapo_expand(f, start, end, f->groups * f->bb);
1241
1242                 if (ret < 0)
1243                         return ret;
1244
1245                 if (f->bsize > bsize_max)
1246                         bsize_max = f->bsize;
1247
1248                 rulemap[i].n = ret;
1249
1250                 start += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1251                 end += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1252         }
1253
1254         if (!*get_cpu_ptr(m->scratch) || bsize_max > m->bsize_max) {
1255                 put_cpu_ptr(m->scratch);
1256
1257                 err = pipapo_realloc_scratch(m, bsize_max);
1258                 if (err)
1259                         return err;
1260
1261                 m->bsize_max = bsize_max;
1262         } else {
1263                 put_cpu_ptr(m->scratch);
1264         }
1265
1266         *ext2 = &e->ext;
1267
1268         pipapo_map(m, rulemap, e);
1269
1270         return 0;
1271 }
1272
1273 /**
1274  * pipapo_clone() - Clone matching data to create new working copy
1275  * @old:        Existing matching data
1276  *
1277  * Return: copy of matching data passed as 'old', error pointer on failure
1278  */
1279 static struct nft_pipapo_match *pipapo_clone(struct nft_pipapo_match *old)
1280 {
1281         struct nft_pipapo_field *dst, *src;
1282         struct nft_pipapo_match *new;
1283         int i;
1284
1285         new = kmalloc(struct_size(new, f, old->field_count), GFP_KERNEL);
1286         if (!new)
1287                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1288
1289         new->field_count = old->field_count;
1290         new->bsize_max = old->bsize_max;
1291
1292         new->scratch = alloc_percpu(*new->scratch);
1293         if (!new->scratch)
1294                 goto out_scratch;
1295
1296 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1297         new->scratch_aligned = alloc_percpu(*new->scratch_aligned);
1298         if (!new->scratch_aligned)
1299                 goto out_scratch;
1300 #endif
1301         for_each_possible_cpu(i)
1302                 *per_cpu_ptr(new->scratch, i) = NULL;
1303
1304         if (pipapo_realloc_scratch(new, old->bsize_max))
1305                 goto out_scratch_realloc;
1306
1307         rcu_head_init(&new->rcu);
1308
1309         src = old->f;
1310         dst = new->f;
1311
1312         for (i = 0; i < old->field_count; i++) {
1313                 unsigned long *new_lt;
1314
1315                 memcpy(dst, src, offsetof(struct nft_pipapo_field, lt));
1316
1317                 new_lt = kvzalloc(src->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(src->bb) *
1318                                   src->bsize * sizeof(*dst->lt) +
1319                                   NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM,
1320                                   GFP_KERNEL);
1321                 if (!new_lt)
1322                         goto out_lt;
1323
1324                 NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(dst, new_lt);
1325
1326                 memcpy(NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt),
1327                        NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(src->lt),
1328                        src->bsize * sizeof(*dst->lt) *
1329                        src->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(src->bb));
1330
1331                 dst->mt = kvmalloc(src->rules * sizeof(*src->mt), GFP_KERNEL);
1332                 if (!dst->mt)
1333                         goto out_mt;
1334
1335                 memcpy(dst->mt, src->mt, src->rules * sizeof(*src->mt));
1336                 src++;
1337                 dst++;
1338         }
1339
1340         return new;
1341
1342 out_mt:
1343         kvfree(dst->lt);
1344 out_lt:
1345         for (dst--; i > 0; i--) {
1346                 kvfree(dst->mt);
1347                 kvfree(dst->lt);
1348                 dst--;
1349         }
1350 out_scratch_realloc:
1351         for_each_possible_cpu(i)
1352                 kfree(*per_cpu_ptr(new->scratch, i));
1353 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1354         free_percpu(new->scratch_aligned);
1355 #endif
1356 out_scratch:
1357         free_percpu(new->scratch);
1358         kfree(new);
1359
1360         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1361 }
1362
1363 /**
1364  * pipapo_rules_same_key() - Get number of rules originated from the same entry
1365  * @f:          Field containing mapping table
1366  * @first:      Index of first rule in set of rules mapping to same entry
1367  *
1368  * Using the fact that all rules in a field that originated from the same entry
1369  * will map to the same set of rules in the next field, or to the same element
1370  * reference, return the cardinality of the set of rules that originated from
1371  * the same entry as the rule with index @first, @first rule included.
1372  *
1373  * In pictures:
1374  *                              rules
1375  *      field #0                0    1    2    3    4
1376  *              map to:         0    1   2-4  2-4  5-9
1377  *                              .    .    .......   . ...
1378  *                              |    |    |    | \   \
1379  *                              |    |    |    |  \   \
1380  *                              |    |    |    |   \   \
1381  *                              '    '    '    '    '   \
1382  *      in field #1             0    1    2    3    4    5 ...
1383  *
1384  * if this is called for rule 2 on field #0, it will return 3, as also rules 2
1385  * and 3 in field 0 map to the same set of rules (2, 3, 4) in the next field.
1386  *
1387  * For the last field in a set, we can rely on associated entries to map to the
1388  * same element references.
1389  *
1390  * Return: Number of rules that originated from the same entry as @first.
1391  */
1392 static int pipapo_rules_same_key(struct nft_pipapo_field *f, int first)
1393 {
1394         struct nft_pipapo_elem *e = NULL; /* Keep gcc happy */
1395         int r;
1396
1397         for (r = first; r < f->rules; r++) {
1398                 if (r != first && e != f->mt[r].e)
1399                         return r - first;
1400
1401                 e = f->mt[r].e;
1402         }
1403
1404         if (r != first)
1405                 return r - first;
1406
1407         return 0;
1408 }
1409
1410 /**
1411  * pipapo_unmap() - Remove rules from mapping tables, renumber remaining ones
1412  * @mt:         Mapping array
1413  * @rules:      Original amount of rules in mapping table
1414  * @start:      First rule index to be removed
1415  * @n:          Amount of rules to be removed
1416  * @to_offset:  First rule index, in next field, this group of rules maps to
1417  * @is_last:    If this is the last field, delete reference from mapping array
1418  *
1419  * This is used to unmap rules from the mapping table for a single field,
1420  * maintaining consistency and compactness for the existing ones.
1421  *
1422  * In pictures: let's assume that we want to delete rules 2 and 3 from the
1423  * following mapping array:
1424  *
1425  *                 rules
1426  *               0      1      2      3      4
1427  *      map to:  4-10   4-10   11-15  11-15  16-18
1428  *
1429  * the result will be:
1430  *
1431  *                 rules
1432  *               0      1      2
1433  *      map to:  4-10   4-10   11-13
1434  *
1435  * for fields before the last one. In case this is the mapping table for the
1436  * last field in a set, and rules map to pointers to &struct nft_pipapo_elem:
1437  *
1438  *                      rules
1439  *                        0      1      2      3      4
1440  *  element pointers:  0x42   0x42   0x33   0x33   0x44
1441  *
1442  * the result will be:
1443  *
1444  *                      rules
1445  *                        0      1      2
1446  *  element pointers:  0x42   0x42   0x44
1447  */
1448 static void pipapo_unmap(union nft_pipapo_map_bucket *mt, int rules,
1449                          int start, int n, int to_offset, bool is_last)
1450 {
1451         int i;
1452
1453         memmove(mt + start, mt + start + n, (rules - start - n) * sizeof(*mt));
1454         memset(mt + rules - n, 0, n * sizeof(*mt));
1455
1456         if (is_last)
1457                 return;
1458
1459         for (i = start; i < rules - n; i++)
1460                 mt[i].to -= to_offset;
1461 }
1462
1463 /**
1464  * pipapo_drop() - Delete entry from lookup and mapping tables, given rule map
1465  * @m:          Matching data
1466  * @rulemap:    Table of rule maps, arrays of first rule and amount of rules
1467  *              in next field a given entry maps to, for each field
1468  *
1469  * For each rule in lookup table buckets mapping to this set of rules, drop
1470  * all bits set in lookup table mapping. In pictures, assuming we want to drop
1471  * rules 0 and 1 from this lookup table:
1472  *
1473  *                     bucket
1474  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
1475  *        0    0                                              1,2
1476  *        1   1,2                                      0
1477  *        2    0                                      1,2
1478  *        3    0                              1,2
1479  *        4  0,1,2
1480  *        5    0   1   2
1481  *        6  0,1,2 1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1482  *        7   1,2 1,2  1   1   1  0,1  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1483  *
1484  * rule 2 becomes rule 0, and the result will be:
1485  *
1486  *                     bucket
1487  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
1488  *        0                                                    0
1489  *        1    0
1490  *        2                                            0
1491  *        3                                    0
1492  *        4    0
1493  *        5            0
1494  *        6    0
1495  *        7    0   0
1496  *
1497  * once this is done, call unmap() to drop all the corresponding rule references
1498  * from mapping tables.
1499  */
1500 static void pipapo_drop(struct nft_pipapo_match *m,
1501                         union nft_pipapo_map_bucket rulemap[])
1502 {
1503         struct nft_pipapo_field *f;
1504         int i;
1505
1506         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1507                 int g;
1508
1509                 for (g = 0; g < f->groups; g++) {
1510                         unsigned long *pos;
1511                         int b;
1512
1513                         pos = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt) + g *
1514                               NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) * f->bsize;
1515
1516                         for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); b++) {
1517                                 bitmap_cut(pos, pos, rulemap[i].to,
1518                                            rulemap[i].n,
1519                                            f->bsize * BITS_PER_LONG);
1520
1521                                 pos += f->bsize;
1522                         }
1523                 }
1524
1525                 pipapo_unmap(f->mt, f->rules, rulemap[i].to, rulemap[i].n,
1526                              rulemap[i + 1].n, i == m->field_count - 1);
1527                 if (pipapo_resize(f, f->rules, f->rules - rulemap[i].n)) {
1528                         /* We can ignore this, a failure to shrink tables down
1529                          * doesn't make tables invalid.
1530                          */
1531                         ;
1532                 }
1533                 f->rules -= rulemap[i].n;
1534
1535                 pipapo_lt_bits_adjust(f);
1536         }
1537 }
1538
1539 static void nft_pipapo_gc_deactivate(struct net *net, struct nft_set *set,
1540                                      struct nft_pipapo_elem *e)
1541
1542 {
1543         struct nft_set_elem elem = {
1544                 .priv   = e,
1545         };
1546
1547         nft_setelem_data_deactivate(net, set, &elem);
1548 }
1549
1550 /**
1551  * pipapo_gc() - Drop expired entries from set, destroy start and end elements
1552  * @_set:       nftables API set representation
1553  * @m:          Matching data
1554  */
1555 static void pipapo_gc(const struct nft_set *_set, struct nft_pipapo_match *m)
1556 {
1557         struct nft_set *set = (struct nft_set *) _set;
1558         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1559         struct net *net = read_pnet(&set->net);
1560         int rules_f0, first_rule = 0;
1561         struct nft_pipapo_elem *e;
1562         struct nft_trans_gc *gc;
1563
1564         gc = nft_trans_gc_alloc(set, 0, GFP_KERNEL);
1565         if (!gc)
1566                 return;
1567
1568         while ((rules_f0 = pipapo_rules_same_key(m->f, first_rule))) {
1569                 union nft_pipapo_map_bucket rulemap[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS];
1570                 struct nft_pipapo_field *f;
1571                 int i, start, rules_fx;
1572
1573                 start = first_rule;
1574                 rules_fx = rules_f0;
1575
1576                 nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1577                         rulemap[i].to = start;
1578                         rulemap[i].n = rules_fx;
1579
1580                         if (i < m->field_count - 1) {
1581                                 rules_fx = f->mt[start].n;
1582                                 start = f->mt[start].to;
1583                         }
1584                 }
1585
1586                 /* Pick the last field, and its last index */
1587                 f--;
1588                 i--;
1589                 e = f->mt[rulemap[i].to].e;
1590
1591                 /* synchronous gc never fails, there is no need to set on
1592                  * NFT_SET_ELEM_DEAD_BIT.
1593                  */
1594                 if (nft_set_elem_expired(&e->ext)) {
1595                         priv->dirty = true;
1596
1597                         gc = nft_trans_gc_queue_sync(gc, GFP_ATOMIC);
1598                         if (!gc)
1599                                 return;
1600
1601                         nft_pipapo_gc_deactivate(net, set, e);
1602                         pipapo_drop(m, rulemap);
1603                         nft_trans_gc_elem_add(gc, e);
1604
1605                         /* And check again current first rule, which is now the
1606                          * first we haven't checked.
1607                          */
1608                 } else {
1609                         first_rule += rules_f0;
1610                 }
1611         }
1612
1613         gc = nft_trans_gc_catchall_sync(gc);
1614         if (gc) {
1615                 nft_trans_gc_queue_sync_done(gc);
1616                 priv->last_gc = jiffies;
1617         }
1618 }
1619
1620 /**
1621  * pipapo_free_fields() - Free per-field tables contained in matching data
1622  * @m:          Matching data
1623  */
1624 static void pipapo_free_fields(struct nft_pipapo_match *m)
1625 {
1626         struct nft_pipapo_field *f;
1627         int i;
1628
1629         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1630                 kvfree(f->lt);
1631                 kvfree(f->mt);
1632         }
1633 }
1634
1635 static void pipapo_free_match(struct nft_pipapo_match *m)
1636 {
1637         int i;
1638
1639         for_each_possible_cpu(i)
1640                 kfree(*per_cpu_ptr(m->scratch, i));
1641
1642 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1643         free_percpu(m->scratch_aligned);
1644 #endif
1645         free_percpu(m->scratch);
1646
1647         pipapo_free_fields(m);
1648
1649         kfree(m);
1650 }
1651
1652 /**
1653  * pipapo_reclaim_match - RCU callback to free fields from old matching data
1654  * @rcu:        RCU head
1655  */
1656 static void pipapo_reclaim_match(struct rcu_head *rcu)
1657 {
1658         struct nft_pipapo_match *m;
1659
1660         m = container_of(rcu, struct nft_pipapo_match, rcu);
1661         pipapo_free_match(m);
1662 }
1663
1664 /**
1665  * nft_pipapo_commit() - Replace lookup data with current working copy
1666  * @set:        nftables API set representation
1667  *
1668  * While at it, check if we should perform garbage collection on the working
1669  * copy before committing it for lookup, and don't replace the table if the
1670  * working copy doesn't have pending changes.
1671  *
1672  * We also need to create a new working copy for subsequent insertions and
1673  * deletions.
1674  */
1675 static void nft_pipapo_commit(const struct nft_set *set)
1676 {
1677         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1678         struct nft_pipapo_match *new_clone, *old;
1679
1680         if (time_after_eq(jiffies, priv->last_gc + nft_set_gc_interval(set)))
1681                 pipapo_gc(set, priv->clone);
1682
1683         if (!priv->dirty)
1684                 return;
1685
1686         new_clone = pipapo_clone(priv->clone);
1687         if (IS_ERR(new_clone))
1688                 return;
1689
1690         priv->dirty = false;
1691
1692         old = rcu_access_pointer(priv->match);
1693         rcu_assign_pointer(priv->match, priv->clone);
1694         if (old)
1695                 call_rcu(&old->rcu, pipapo_reclaim_match);
1696
1697         priv->clone = new_clone;
1698 }
1699
1700 static bool nft_pipapo_transaction_mutex_held(const struct nft_set *set)
1701 {
1702 #ifdef CONFIG_PROVE_LOCKING
1703         const struct net *net = read_pnet(&set->net);
1704
1705         return lockdep_is_held(&nft_pernet(net)->commit_mutex);
1706 #else
1707         return true;
1708 #endif
1709 }
1710
1711 static void nft_pipapo_abort(const struct nft_set *set)
1712 {
1713         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1714         struct nft_pipapo_match *new_clone, *m;
1715
1716         if (!priv->dirty)
1717                 return;
1718
1719         m = rcu_dereference_protected(priv->match, nft_pipapo_transaction_mutex_held(set));
1720
1721         new_clone = pipapo_clone(m);
1722         if (IS_ERR(new_clone))
1723                 return;
1724
1725         priv->dirty = false;
1726
1727         pipapo_free_match(priv->clone);
1728         priv->clone = new_clone;
1729 }
1730
1731 /**
1732  * nft_pipapo_activate() - Mark element reference as active given key, commit
1733  * @net:        Network namespace
1734  * @set:        nftables API set representation
1735  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1736  *
1737  * On insertion, elements are added to a copy of the matching data currently
1738  * in use for lookups, and not directly inserted into current lookup data. Both
1739  * nft_pipapo_insert() and nft_pipapo_activate() are called once for each
1740  * element, hence we can't purpose either one as a real commit operation.
1741  */
1742 static void nft_pipapo_activate(const struct net *net,
1743                                 const struct nft_set *set,
1744                                 const struct nft_set_elem *elem)
1745 {
1746         struct nft_pipapo_elem *e = elem->priv;
1747
1748         nft_set_elem_change_active(net, set, &e->ext);
1749 }
1750
1751 /**
1752  * pipapo_deactivate() - Check that element is in set, mark as inactive
1753  * @net:        Network namespace
1754  * @set:        nftables API set representation
1755  * @data:       Input key data
1756  * @ext:        nftables API extension pointer, used to check for end element
1757  *
1758  * This is a convenience function that can be called from both
1759  * nft_pipapo_deactivate() and nft_pipapo_flush(), as they are in fact the same
1760  * operation.
1761  *
1762  * Return: deactivated element if found, NULL otherwise.
1763  */
1764 static void *pipapo_deactivate(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1765                                const u8 *data, const struct nft_set_ext *ext)
1766 {
1767         struct nft_pipapo_elem *e;
1768
1769         e = pipapo_get(net, set, data, nft_genmask_next(net));
1770         if (IS_ERR(e))
1771                 return NULL;
1772
1773         nft_set_elem_change_active(net, set, &e->ext);
1774
1775         return e;
1776 }
1777
1778 /**
1779  * nft_pipapo_deactivate() - Call pipapo_deactivate() to make element inactive
1780  * @net:        Network namespace
1781  * @set:        nftables API set representation
1782  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1783  *
1784  * Return: deactivated element if found, NULL otherwise.
1785  */
1786 static void *nft_pipapo_deactivate(const struct net *net,
1787                                    const struct nft_set *set,
1788                                    const struct nft_set_elem *elem)
1789 {
1790         const struct nft_set_ext *ext = nft_set_elem_ext(set, elem->priv);
1791
1792         return pipapo_deactivate(net, set, (const u8 *)elem->key.val.data, ext);
1793 }
1794
1795 /**
1796  * nft_pipapo_flush() - Call pipapo_deactivate() to make element inactive
1797  * @net:        Network namespace
1798  * @set:        nftables API set representation
1799  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1800  *
1801  * This is functionally the same as nft_pipapo_deactivate(), with a slightly
1802  * different interface, and it's also called once for each element in a set
1803  * being flushed, so we can't implement, strictly speaking, a flush operation,
1804  * which would otherwise be as simple as allocating an empty copy of the
1805  * matching data.
1806  *
1807  * Note that we could in theory do that, mark the set as flushed, and ignore
1808  * subsequent calls, but we would leak all the elements after the first one,
1809  * because they wouldn't then be freed as result of API calls.
1810  *
1811  * Return: true if element was found and deactivated.
1812  */
1813 static bool nft_pipapo_flush(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1814                              void *elem)
1815 {
1816         struct nft_pipapo_elem *e = elem;
1817
1818         return pipapo_deactivate(net, set, (const u8 *)nft_set_ext_key(&e->ext),
1819                                  &e->ext);
1820 }
1821
1822 /**
1823  * pipapo_get_boundaries() - Get byte interval for associated rules
1824  * @f:          Field including lookup table
1825  * @first_rule: First rule (lowest index)
1826  * @rule_count: Number of associated rules
1827  * @left:       Byte expression for left boundary (start of range)
1828  * @right:      Byte expression for right boundary (end of range)
1829  *
1830  * Given the first rule and amount of rules that originated from the same entry,
1831  * build the original range associated with the entry, and calculate the length
1832  * of the originating netmask.
1833  *
1834  * In pictures:
1835  *
1836  *                     bucket
1837  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
1838  *        0                                                   1,2
1839  *        1   1,2
1840  *        2                                           1,2
1841  *        3                                   1,2
1842  *        4   1,2
1843  *        5        1   2
1844  *        6   1,2  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1845  *        7   1,2 1,2  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1846  *
1847  * this is the lookup table corresponding to the IPv4 range
1848  * 192.168.1.0-192.168.2.1, which was expanded to the two composing netmasks,
1849  * rule #1: 192.168.1.0/24, and rule #2: 192.168.2.0/31.
1850  *
1851  * This function fills @left and @right with the byte values of the leftmost
1852  * and rightmost bucket indices for the lowest and highest rule indices,
1853  * respectively. If @first_rule is 1 and @rule_count is 2, we obtain, in
1854  * nibbles:
1855  *   left:  < 12, 0, 10, 8, 0, 1, 0, 0 >
1856  *   right: < 12, 0, 10, 8, 0, 2, 2, 1 >
1857  * corresponding to bytes:
1858  *   left:  < 192, 168, 1, 0 >
1859  *   right: < 192, 168, 2, 1 >
1860  * with mask length irrelevant here, unused on return, as the range is already
1861  * defined by its start and end points. The mask length is relevant for a single
1862  * ranged entry instead: if @first_rule is 1 and @rule_count is 1, we ignore
1863  * rule 2 above: @left becomes < 192, 168, 1, 0 >, @right becomes
1864  * < 192, 168, 1, 255 >, and the mask length, calculated from the distances
1865  * between leftmost and rightmost bucket indices for each group, would be 24.
1866  *
1867  * Return: mask length, in bits.
1868  */
1869 static int pipapo_get_boundaries(struct nft_pipapo_field *f, int first_rule,
1870                                  int rule_count, u8 *left, u8 *right)
1871 {
1872         int g, mask_len = 0, bit_offset = 0;
1873         u8 *l = left, *r = right;
1874
1875         for (g = 0; g < f->groups; g++) {
1876                 int b, x0, x1;
1877
1878                 x0 = -1;
1879                 x1 = -1;
1880                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); b++) {
1881                         unsigned long *pos;
1882
1883                         pos = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt) +
1884                               (g * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) + b) * f->bsize;
1885                         if (test_bit(first_rule, pos) && x0 == -1)
1886                                 x0 = b;
1887                         if (test_bit(first_rule + rule_count - 1, pos))
1888                                 x1 = b;
1889                 }
1890
1891                 *l |= x0 << (BITS_PER_BYTE - f->bb - bit_offset);
1892                 *r |= x1 << (BITS_PER_BYTE - f->bb - bit_offset);
1893
1894                 bit_offset += f->bb;
1895                 if (bit_offset >= BITS_PER_BYTE) {
1896                         bit_offset %= BITS_PER_BYTE;
1897                         l++;
1898                         r++;
1899                 }
1900
1901                 if (x1 - x0 == 0)
1902                         mask_len += 4;
1903                 else if (x1 - x0 == 1)
1904                         mask_len += 3;
1905                 else if (x1 - x0 == 3)
1906                         mask_len += 2;
1907                 else if (x1 - x0 == 7)
1908                         mask_len += 1;
1909         }
1910
1911         return mask_len;
1912 }
1913
1914 /**
1915  * pipapo_match_field() - Match rules against byte ranges
1916  * @f:          Field including the lookup table
1917  * @first_rule: First of associated rules originating from same entry
1918  * @rule_count: Amount of associated rules
1919  * @start:      Start of range to be matched
1920  * @end:        End of range to be matched
1921  *
1922  * Return: true on match, false otherwise.
1923  */
1924 static bool pipapo_match_field(struct nft_pipapo_field *f,
1925                                int first_rule, int rule_count,
1926                                const u8 *start, const u8 *end)
1927 {
1928         u8 right[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES] = { 0 };
1929         u8 left[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES] = { 0 };
1930
1931         pipapo_get_boundaries(f, first_rule, rule_count, left, right);
1932
1933         return !memcmp(start, left,
1934                        f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f)) &&
1935                !memcmp(end, right, f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f));
1936 }
1937
1938 /**
1939  * nft_pipapo_remove() - Remove element given key, commit
1940  * @net:        Network namespace
1941  * @set:        nftables API set representation
1942  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1943  *
1944  * Similarly to nft_pipapo_activate(), this is used as commit operation by the
1945  * API, but it's called once per element in the pending transaction, so we can't
1946  * implement this as a single commit operation. Closest we can get is to remove
1947  * the matched element here, if any, and commit the updated matching data.
1948  */
1949 static void nft_pipapo_remove(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1950                               const struct nft_set_elem *elem)
1951 {
1952         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1953         struct nft_pipapo_match *m = priv->clone;
1954         struct nft_pipapo_elem *e = elem->priv;
1955         int rules_f0, first_rule = 0;
1956         const u8 *data;
1957
1958         data = (const u8 *)nft_set_ext_key(&e->ext);
1959
1960         while ((rules_f0 = pipapo_rules_same_key(m->f, first_rule))) {
1961                 union nft_pipapo_map_bucket rulemap[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS];
1962                 const u8 *match_start, *match_end;
1963                 struct nft_pipapo_field *f;
1964                 int i, start, rules_fx;
1965
1966                 match_start = data;
1967
1968                 if (nft_set_ext_exists(&e->ext, NFT_SET_EXT_KEY_END))
1969                         match_end = (const u8 *)nft_set_ext_key_end(&e->ext)->data;
1970                 else
1971                         match_end = data;
1972
1973                 start = first_rule;
1974                 rules_fx = rules_f0;
1975
1976                 nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1977                         if (!pipapo_match_field(f, start, rules_fx,
1978                                                 match_start, match_end))
1979                                 break;
1980
1981                         rulemap[i].to = start;
1982                         rulemap[i].n = rules_fx;
1983
1984                         rules_fx = f->mt[start].n;
1985                         start = f->mt[start].to;
1986
1987                         match_start += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1988                         match_end += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1989                 }
1990
1991                 if (i == m->field_count) {
1992                         priv->dirty = true;
1993                         pipapo_drop(m, rulemap);
1994                         return;
1995                 }
1996
1997                 first_rule += rules_f0;
1998         }
1999 }
2000
2001 /**
2002  * nft_pipapo_walk() - Walk over elements
2003  * @ctx:        nftables API context
2004  * @set:        nftables API set representation
2005  * @iter:       Iterator
2006  *
2007  * As elements are referenced in the mapping array for the last field, directly
2008  * scan that array: there's no need to follow rule mappings from the first
2009  * field.
2010  */
2011 static void nft_pipapo_walk(const struct nft_ctx *ctx, struct nft_set *set,
2012                             struct nft_set_iter *iter)
2013 {
2014         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2015         struct net *net = read_pnet(&set->net);
2016         struct nft_pipapo_match *m;
2017         struct nft_pipapo_field *f;
2018         int i, r;
2019
2020         rcu_read_lock();
2021         if (iter->genmask == nft_genmask_cur(net))
2022                 m = rcu_dereference(priv->match);
2023         else
2024                 m = priv->clone;
2025
2026         if (unlikely(!m))
2027                 goto out;
2028
2029         for (i = 0, f = m->f; i < m->field_count - 1; i++, f++)
2030                 ;
2031
2032         for (r = 0; r < f->rules; r++) {
2033                 struct nft_pipapo_elem *e;
2034                 struct nft_set_elem elem;
2035
2036                 if (r < f->rules - 1 && f->mt[r + 1].e == f->mt[r].e)
2037                         continue;
2038
2039                 if (iter->count < iter->skip)
2040                         goto cont;
2041
2042                 e = f->mt[r].e;
2043
2044                 if (!nft_set_elem_active(&e->ext, iter->genmask))
2045                         goto cont;
2046
2047                 elem.priv = e;
2048
2049                 iter->err = iter->fn(ctx, set, iter, &elem);
2050                 if (iter->err < 0)
2051                         goto out;
2052
2053 cont:
2054                 iter->count++;
2055         }
2056
2057 out:
2058         rcu_read_unlock();
2059 }
2060
2061 /**
2062  * nft_pipapo_privsize() - Return the size of private data for the set
2063  * @nla:        netlink attributes, ignored as size doesn't depend on them
2064  * @desc:       Set description, ignored as size doesn't depend on it
2065  *
2066  * Return: size of private data for this set implementation, in bytes
2067  */
2068 static u64 nft_pipapo_privsize(const struct nlattr * const nla[],
2069                                const struct nft_set_desc *desc)
2070 {
2071         return sizeof(struct nft_pipapo);
2072 }
2073
2074 /**
2075  * nft_pipapo_estimate() - Set size, space and lookup complexity
2076  * @desc:       Set description, element count and field description used
2077  * @features:   Flags: NFT_SET_INTERVAL needs to be there
2078  * @est:        Storage for estimation data
2079  *
2080  * Return: true if set description is compatible, false otherwise
2081  */
2082 static bool nft_pipapo_estimate(const struct nft_set_desc *desc, u32 features,
2083                                 struct nft_set_estimate *est)
2084 {
2085         if (!(features & NFT_SET_INTERVAL) ||
2086             desc->field_count < NFT_PIPAPO_MIN_FIELDS)
2087                 return false;
2088
2089         est->size = pipapo_estimate_size(desc);
2090         if (!est->size)
2091                 return false;
2092
2093         est->lookup = NFT_SET_CLASS_O_LOG_N;
2094
2095         est->space = NFT_SET_CLASS_O_N;
2096
2097         return true;
2098 }
2099
2100 /**
2101  * nft_pipapo_init() - Initialise data for a set instance
2102  * @set:        nftables API set representation
2103  * @desc:       Set description
2104  * @nla:        netlink attributes
2105  *
2106  * Validate number and size of fields passed as NFTA_SET_DESC_CONCAT netlink
2107  * attributes, initialise internal set parameters, current instance of matching
2108  * data and a copy for subsequent insertions.
2109  *
2110  * Return: 0 on success, negative error code on failure.
2111  */
2112 static int nft_pipapo_init(const struct nft_set *set,
2113                            const struct nft_set_desc *desc,
2114                            const struct nlattr * const nla[])
2115 {
2116         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2117         struct nft_pipapo_match *m;
2118         struct nft_pipapo_field *f;
2119         int err, i, field_count;
2120
2121         field_count = desc->field_count ? : 1;
2122
2123         if (field_count > NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS)
2124                 return -EINVAL;
2125
2126         m = kmalloc(struct_size(m, f, field_count), GFP_KERNEL);
2127         if (!m)
2128                 return -ENOMEM;
2129
2130         m->field_count = field_count;
2131         m->bsize_max = 0;
2132
2133         m->scratch = alloc_percpu(unsigned long *);
2134         if (!m->scratch) {
2135                 err = -ENOMEM;
2136                 goto out_scratch;
2137         }
2138         for_each_possible_cpu(i)
2139                 *per_cpu_ptr(m->scratch, i) = NULL;
2140
2141 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
2142         m->scratch_aligned = alloc_percpu(unsigned long *);
2143         if (!m->scratch_aligned) {
2144                 err = -ENOMEM;
2145                 goto out_free;
2146         }
2147         for_each_possible_cpu(i)
2148                 *per_cpu_ptr(m->scratch_aligned, i) = NULL;
2149 #endif
2150
2151         rcu_head_init(&m->rcu);
2152
2153         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
2154                 int len = desc->field_len[i] ? : set->klen;
2155
2156                 f->bb = NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_INIT;
2157                 f->groups = len * NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f);
2158
2159                 priv->width += round_up(len, sizeof(u32));
2160
2161                 f->bsize = 0;
2162                 f->rules = 0;
2163                 NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(f, NULL);
2164                 f->mt = NULL;
2165         }
2166
2167         /* Create an initial clone of matching data for next insertion */
2168         priv->clone = pipapo_clone(m);
2169         if (IS_ERR(priv->clone)) {
2170                 err = PTR_ERR(priv->clone);
2171                 goto out_free;
2172         }
2173
2174         priv->dirty = false;
2175
2176         rcu_assign_pointer(priv->match, m);
2177
2178         return 0;
2179
2180 out_free:
2181 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
2182         free_percpu(m->scratch_aligned);
2183 #endif
2184         free_percpu(m->scratch);
2185 out_scratch:
2186         kfree(m);
2187
2188         return err;
2189 }
2190
2191 /**
2192  * nft_set_pipapo_match_destroy() - Destroy elements from key mapping array
2193  * @ctx:        context
2194  * @set:        nftables API set representation
2195  * @m:          matching data pointing to key mapping array
2196  */
2197 static void nft_set_pipapo_match_destroy(const struct nft_ctx *ctx,
2198                                          const struct nft_set *set,
2199                                          struct nft_pipapo_match *m)
2200 {
2201         struct nft_pipapo_field *f;
2202         int i, r;
2203
2204         for (i = 0, f = m->f; i < m->field_count - 1; i++, f++)
2205                 ;
2206
2207         for (r = 0; r < f->rules; r++) {
2208                 struct nft_pipapo_elem *e;
2209
2210                 if (r < f->rules - 1 && f->mt[r + 1].e == f->mt[r].e)
2211                         continue;
2212
2213                 e = f->mt[r].e;
2214
2215                 nf_tables_set_elem_destroy(ctx, set, e);
2216         }
2217 }
2218
2219 /**
2220  * nft_pipapo_destroy() - Free private data for set and all committed elements
2221  * @ctx:        context
2222  * @set:        nftables API set representation
2223  */
2224 static void nft_pipapo_destroy(const struct nft_ctx *ctx,
2225                                const struct nft_set *set)
2226 {
2227         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2228         struct nft_pipapo_match *m;
2229         int cpu;
2230
2231         m = rcu_dereference_protected(priv->match, true);
2232         if (m) {
2233                 rcu_barrier();
2234
2235                 nft_set_pipapo_match_destroy(ctx, set, m);
2236
2237 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
2238                 free_percpu(m->scratch_aligned);
2239 #endif
2240                 for_each_possible_cpu(cpu)
2241                         kfree(*per_cpu_ptr(m->scratch, cpu));
2242                 free_percpu(m->scratch);
2243                 pipapo_free_fields(m);
2244                 kfree(m);
2245                 priv->match = NULL;
2246         }
2247
2248         if (priv->clone) {
2249                 m = priv->clone;
2250
2251                 if (priv->dirty)
2252                         nft_set_pipapo_match_destroy(ctx, set, m);
2253
2254 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
2255                 free_percpu(priv->clone->scratch_aligned);
2256 #endif
2257                 for_each_possible_cpu(cpu)
2258                         kfree(*per_cpu_ptr(priv->clone->scratch, cpu));
2259                 free_percpu(priv->clone->scratch);
2260
2261                 pipapo_free_fields(priv->clone);
2262                 kfree(priv->clone);
2263                 priv->clone = NULL;
2264         }
2265 }
2266
2267 /**
2268  * nft_pipapo_gc_init() - Initialise garbage collection
2269  * @set:        nftables API set representation
2270  *
2271  * Instead of actually setting up a periodic work for garbage collection, as
2272  * this operation requires a swap of matching data with the working copy, we'll
2273  * do that opportunistically with other commit operations if the interval is
2274  * elapsed, so we just need to set the current jiffies timestamp here.
2275  */
2276 static void nft_pipapo_gc_init(const struct nft_set *set)
2277 {
2278         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2279
2280         priv->last_gc = jiffies;
2281 }
2282
2283 const struct nft_set_type nft_set_pipapo_type = {
2284         .features       = NFT_SET_INTERVAL | NFT_SET_MAP | NFT_SET_OBJECT |
2285                           NFT_SET_TIMEOUT,
2286         .ops            = {
2287                 .lookup         = nft_pipapo_lookup,
2288                 .insert         = nft_pipapo_insert,
2289                 .activate       = nft_pipapo_activate,
2290                 .deactivate     = nft_pipapo_deactivate,
2291                 .flush          = nft_pipapo_flush,
2292                 .remove         = nft_pipapo_remove,
2293                 .walk           = nft_pipapo_walk,
2294                 .get            = nft_pipapo_get,
2295                 .privsize       = nft_pipapo_privsize,
2296                 .estimate       = nft_pipapo_estimate,
2297                 .init           = nft_pipapo_init,
2298                 .destroy        = nft_pipapo_destroy,
2299                 .gc_init        = nft_pipapo_gc_init,
2300                 .commit         = nft_pipapo_commit,
2301                 .abort          = nft_pipapo_abort,
2302                 .elemsize       = offsetof(struct nft_pipapo_elem, ext),
2303         },
2304 };
2305
2306 #if defined(CONFIG_X86_64) && !defined(CONFIG_UML)
2307 const struct nft_set_type nft_set_pipapo_avx2_type = {
2308         .features       = NFT_SET_INTERVAL | NFT_SET_MAP | NFT_SET_OBJECT |
2309                           NFT_SET_TIMEOUT,
2310         .ops            = {
2311                 .lookup         = nft_pipapo_avx2_lookup,
2312                 .insert         = nft_pipapo_insert,
2313                 .activate       = nft_pipapo_activate,
2314                 .deactivate     = nft_pipapo_deactivate,
2315                 .flush          = nft_pipapo_flush,
2316                 .remove         = nft_pipapo_remove,
2317                 .walk           = nft_pipapo_walk,
2318                 .get            = nft_pipapo_get,
2319                 .privsize       = nft_pipapo_privsize,
2320                 .estimate       = nft_pipapo_avx2_estimate,
2321                 .init           = nft_pipapo_init,
2322                 .destroy        = nft_pipapo_destroy,
2323                 .gc_init        = nft_pipapo_gc_init,
2324                 .commit         = nft_pipapo_commit,
2325                 .abort          = nft_pipapo_abort,
2326                 .elemsize       = offsetof(struct nft_pipapo_elem, ext),
2327         },
2328 };
2329 #endif