Mention branches and keyring.
[releases.git] / 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 /**
346  * pipapo_refill() - For each set bit, set bits from selected mapping table item
347  * @map:        Bitmap to be scanned for set bits
348  * @len:        Length of bitmap in longs
349  * @rules:      Number of rules in field
350  * @dst:        Destination bitmap
351  * @mt:         Mapping table containing bit set specifiers
352  * @match_only: Find a single bit and return, don't fill
353  *
354  * Iteration over set bits with __builtin_ctzl(): Daniel Lemire, public domain.
355  *
356  * For each bit set in map, select the bucket from mapping table with index
357  * corresponding to the position of the bit set. Use start bit and amount of
358  * bits specified in bucket to fill region in dst.
359  *
360  * Return: -1 on no match, bit position on 'match_only', 0 otherwise.
361  */
362 int pipapo_refill(unsigned long *map, int len, int rules, unsigned long *dst,
363                   const union nft_pipapo_map_bucket *mt, bool match_only)
364 {
365         unsigned long bitset;
366         int k, ret = -1;
367
368         for (k = 0; k < len; k++) {
369                 bitset = map[k];
370                 while (bitset) {
371                         unsigned long t = bitset & -bitset;
372                         int r = __builtin_ctzl(bitset);
373                         int i = k * BITS_PER_LONG + r;
374
375                         if (unlikely(i >= rules)) {
376                                 map[k] = 0;
377                                 return -1;
378                         }
379
380                         if (match_only) {
381                                 bitmap_clear(map, i, 1);
382                                 return i;
383                         }
384
385                         ret = 0;
386
387                         bitmap_set(dst, mt[i].to, mt[i].n);
388
389                         bitset ^= t;
390                 }
391                 map[k] = 0;
392         }
393
394         return ret;
395 }
396
397 /**
398  * nft_pipapo_lookup() - Lookup function
399  * @net:        Network namespace
400  * @set:        nftables API set representation
401  * @key:        nftables API element representation containing key data
402  * @ext:        nftables API extension pointer, filled with matching reference
403  *
404  * For more details, see DOC: Theory of Operation.
405  *
406  * Return: true on match, false otherwise.
407  */
408 bool nft_pipapo_lookup(const struct net *net, const struct nft_set *set,
409                        const u32 *key, const struct nft_set_ext **ext)
410 {
411         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
412         struct nft_pipapo_scratch *scratch;
413         unsigned long *res_map, *fill_map;
414         u8 genmask = nft_genmask_cur(net);
415         const struct nft_pipapo_match *m;
416         const struct nft_pipapo_field *f;
417         const u8 *rp = (const u8 *)key;
418         bool map_index;
419         int i;
420
421         local_bh_disable();
422
423         m = rcu_dereference(priv->match);
424
425         if (unlikely(!m || !*raw_cpu_ptr(m->scratch)))
426                 goto out;
427
428         scratch = *raw_cpu_ptr(m->scratch);
429
430         map_index = scratch->map_index;
431
432         res_map  = scratch->map + (map_index ? m->bsize_max : 0);
433         fill_map = scratch->map + (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                         scratch->map_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                         scratch->map_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  * @tstamp:     timestamp to check for expired elements
508  *
509  * This is essentially the same as the lookup function, except that it matches
510  * key data against the uncommitted copy and doesn't use preallocated maps for
511  * bitmap results.
512  *
513  * Return: pointer to &struct nft_pipapo_elem on match, error pointer otherwise.
514  */
515 static struct nft_pipapo_elem *pipapo_get(const struct net *net,
516                                           const struct nft_set *set,
517                                           const u8 *data, u8 genmask,
518                                           u64 tstamp)
519 {
520         struct nft_pipapo_elem *ret = ERR_PTR(-ENOENT);
521         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
522         unsigned long *res_map, *fill_map = NULL;
523         const struct nft_pipapo_match *m;
524         const struct nft_pipapo_field *f;
525         int i;
526
527         m = priv->clone;
528
529         res_map = kmalloc_array(m->bsize_max, sizeof(*res_map), GFP_ATOMIC);
530         if (!res_map) {
531                 ret = ERR_PTR(-ENOMEM);
532                 goto out;
533         }
534
535         fill_map = kcalloc(m->bsize_max, sizeof(*res_map), GFP_ATOMIC);
536         if (!fill_map) {
537                 ret = ERR_PTR(-ENOMEM);
538                 goto out;
539         }
540
541         memset(res_map, 0xff, m->bsize_max * sizeof(*res_map));
542
543         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
544                 bool last = i == m->field_count - 1;
545                 int b;
546
547                 /* For each bit group: select lookup table bucket depending on
548                  * packet bytes value, then AND bucket value
549                  */
550                 if (f->bb == 8)
551                         pipapo_and_field_buckets_8bit(f, res_map, data);
552                 else if (f->bb == 4)
553                         pipapo_and_field_buckets_4bit(f, res_map, data);
554                 else
555                         BUG();
556
557                 data += f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f);
558
559                 /* Now populate the bitmap for the next field, unless this is
560                  * the last field, in which case return the matched 'ext'
561                  * pointer if any.
562                  *
563                  * Now res_map contains the matching bitmap, and fill_map is the
564                  * bitmap for the next field.
565                  */
566 next_match:
567                 b = pipapo_refill(res_map, f->bsize, f->rules, fill_map, f->mt,
568                                   last);
569                 if (b < 0)
570                         goto out;
571
572                 if (last) {
573                         if (__nft_set_elem_expired(&f->mt[b].e->ext, tstamp))
574                                 goto next_match;
575                         if ((genmask &&
576                              !nft_set_elem_active(&f->mt[b].e->ext, genmask)))
577                                 goto next_match;
578
579                         ret = f->mt[b].e;
580                         goto out;
581                 }
582
583                 data += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDING(f);
584
585                 /* Swap bitmap indices: fill_map will be the initial bitmap for
586                  * the next field (i.e. the new res_map), and res_map is
587                  * guaranteed to be all-zeroes at this point, ready to be filled
588                  * according to the next mapping table.
589                  */
590                 swap(res_map, fill_map);
591         }
592
593 out:
594         kfree(fill_map);
595         kfree(res_map);
596         return ret;
597 }
598
599 /**
600  * nft_pipapo_get() - Get matching element reference given key data
601  * @net:        Network namespace
602  * @set:        nftables API set representation
603  * @elem:       nftables API element representation containing key data
604  * @flags:      Unused
605  */
606 static struct nft_elem_priv *
607 nft_pipapo_get(const struct net *net, const struct nft_set *set,
608                const struct nft_set_elem *elem, unsigned int flags)
609 {
610         struct nft_pipapo_elem *e;
611
612         e = pipapo_get(net, set, (const u8 *)elem->key.val.data,
613                        nft_genmask_cur(net), get_jiffies_64());
614         if (IS_ERR(e))
615                 return ERR_CAST(e);
616
617         return &e->priv;
618 }
619
620 /**
621  * pipapo_resize() - Resize lookup or mapping table, or both
622  * @f:          Field containing lookup and mapping tables
623  * @old_rules:  Previous amount of rules in field
624  * @rules:      New amount of rules
625  *
626  * Increase, decrease or maintain tables size depending on new amount of rules,
627  * and copy data over. In case the new size is smaller, throw away data for
628  * highest-numbered rules.
629  *
630  * Return: 0 on success, -ENOMEM on allocation failure.
631  */
632 static int pipapo_resize(struct nft_pipapo_field *f, int old_rules, int rules)
633 {
634         long *new_lt = NULL, *new_p, *old_lt = f->lt, *old_p;
635         union nft_pipapo_map_bucket *new_mt, *old_mt = f->mt;
636         size_t new_bucket_size, copy;
637         int group, bucket;
638
639         new_bucket_size = DIV_ROUND_UP(rules, BITS_PER_LONG);
640 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
641         new_bucket_size = roundup(new_bucket_size,
642                                   NFT_PIPAPO_ALIGN / sizeof(*new_lt));
643 #endif
644
645         if (new_bucket_size == f->bsize)
646                 goto mt;
647
648         if (new_bucket_size > f->bsize)
649                 copy = f->bsize;
650         else
651                 copy = new_bucket_size;
652
653         new_lt = kvzalloc(f->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) *
654                           new_bucket_size * sizeof(*new_lt) +
655                           NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM,
656                           GFP_KERNEL);
657         if (!new_lt)
658                 return -ENOMEM;
659
660         new_p = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt);
661         old_p = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(old_lt);
662
663         for (group = 0; group < f->groups; group++) {
664                 for (bucket = 0; bucket < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); bucket++) {
665                         memcpy(new_p, old_p, copy * sizeof(*new_p));
666                         new_p += copy;
667                         old_p += copy;
668
669                         if (new_bucket_size > f->bsize)
670                                 new_p += new_bucket_size - f->bsize;
671                         else
672                                 old_p += f->bsize - new_bucket_size;
673                 }
674         }
675
676 mt:
677         new_mt = kvmalloc(rules * sizeof(*new_mt), GFP_KERNEL);
678         if (!new_mt) {
679                 kvfree(new_lt);
680                 return -ENOMEM;
681         }
682
683         memcpy(new_mt, f->mt, min(old_rules, rules) * sizeof(*new_mt));
684         if (rules > old_rules) {
685                 memset(new_mt + old_rules, 0,
686                        (rules - old_rules) * sizeof(*new_mt));
687         }
688
689         if (new_lt) {
690                 f->bsize = new_bucket_size;
691                 NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(f, new_lt);
692                 kvfree(old_lt);
693         }
694
695         f->mt = new_mt;
696         kvfree(old_mt);
697
698         return 0;
699 }
700
701 /**
702  * pipapo_bucket_set() - Set rule bit in bucket given group and group value
703  * @f:          Field containing lookup table
704  * @rule:       Rule index
705  * @group:      Group index
706  * @v:          Value of bit group
707  */
708 static void pipapo_bucket_set(struct nft_pipapo_field *f, int rule, int group,
709                               int v)
710 {
711         unsigned long *pos;
712
713         pos = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt);
714         pos += f->bsize * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) * group;
715         pos += f->bsize * v;
716
717         __set_bit(rule, pos);
718 }
719
720 /**
721  * pipapo_lt_4b_to_8b() - Switch lookup table group width from 4 bits to 8 bits
722  * @old_groups: Number of current groups
723  * @bsize:      Size of one bucket, in longs
724  * @old_lt:     Pointer to the current lookup table
725  * @new_lt:     Pointer to the new, pre-allocated lookup table
726  *
727  * Each bucket with index b in the new lookup table, belonging to group g, is
728  * filled with the bit intersection between:
729  * - bucket with index given by the upper 4 bits of b, from group g, and
730  * - bucket with index given by the lower 4 bits of b, from group g + 1
731  *
732  * That is, given buckets from the new lookup table N(x, y) and the old lookup
733  * table O(x, y), with x bucket index, and y group index:
734  *
735  *      N(b, g) := O(b / 16, g) & O(b % 16, g + 1)
736  *
737  * This ensures equivalence of the matching results on lookup. Two examples in
738  * pictures:
739  *
740  *              bucket
741  *  group  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ... 254 255
742  *    0                ^
743  *    1                |                                                 ^
744  *   ...             ( & )                                               |
745  *                  /     \                                              |
746  *                 /       \                                         .-( & )-.
747  *                /  bucket \                                        |       |
748  *      group  0 / 1   2   3 \ 4   5   6   7   8   9  10  11  12  13 |14  15 |
749  *        0     /             \                                      |       |
750  *        1                    \                                     |       |
751  *        2                                                          |     --'
752  *        3                                                          '-
753  *       ...
754  */
755 static void pipapo_lt_4b_to_8b(int old_groups, int bsize,
756                                unsigned long *old_lt, unsigned long *new_lt)
757 {
758         int g, b, i;
759
760         for (g = 0; g < old_groups / 2; g++) {
761                 int src_g0 = g * 2, src_g1 = g * 2 + 1;
762
763                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(8); b++) {
764                         int src_b0 = b / NFT_PIPAPO_BUCKETS(4);
765                         int src_b1 = b % NFT_PIPAPO_BUCKETS(4);
766                         int src_i0 = src_g0 * NFT_PIPAPO_BUCKETS(4) + src_b0;
767                         int src_i1 = src_g1 * NFT_PIPAPO_BUCKETS(4) + src_b1;
768
769                         for (i = 0; i < bsize; i++) {
770                                 *new_lt = old_lt[src_i0 * bsize + i] &
771                                           old_lt[src_i1 * bsize + i];
772                                 new_lt++;
773                         }
774                 }
775         }
776 }
777
778 /**
779  * pipapo_lt_8b_to_4b() - Switch lookup table group width from 8 bits to 4 bits
780  * @old_groups: Number of current groups
781  * @bsize:      Size of one bucket, in longs
782  * @old_lt:     Pointer to the current lookup table
783  * @new_lt:     Pointer to the new, pre-allocated lookup table
784  *
785  * Each bucket with index b in the new lookup table, belonging to group g, is
786  * filled with the bit union of:
787  * - all the buckets with index such that the upper four bits of the lower byte
788  *   equal b, from group g, with g odd
789  * - all the buckets with index such that the lower four bits equal b, from
790  *   group g, with g even
791  *
792  * That is, given buckets from the new lookup table N(x, y) and the old lookup
793  * table O(x, y), with x bucket index, and y group index:
794  *
795  *      - with g odd:  N(b, g) := U(O(x, g) for each x : x = (b & 0xf0) >> 4)
796  *      - with g even: N(b, g) := U(O(x, g) for each x : x = b & 0x0f)
797  *
798  * where U() denotes the arbitrary union operation (binary OR of n terms). This
799  * ensures equivalence of the matching results on lookup.
800  */
801 static void pipapo_lt_8b_to_4b(int old_groups, int bsize,
802                                unsigned long *old_lt, unsigned long *new_lt)
803 {
804         int g, b, bsrc, i;
805
806         memset(new_lt, 0, old_groups * 2 * NFT_PIPAPO_BUCKETS(4) * bsize *
807                           sizeof(unsigned long));
808
809         for (g = 0; g < old_groups * 2; g += 2) {
810                 int src_g = g / 2;
811
812                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(4); b++) {
813                         for (bsrc = NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * src_g;
814                              bsrc < NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * (src_g + 1);
815                              bsrc++) {
816                                 if (((bsrc & 0xf0) >> 4) != b)
817                                         continue;
818
819                                 for (i = 0; i < bsize; i++)
820                                         new_lt[i] |= old_lt[bsrc * bsize + i];
821                         }
822
823                         new_lt += bsize;
824                 }
825
826                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(4); b++) {
827                         for (bsrc = NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * src_g;
828                              bsrc < NFT_PIPAPO_BUCKETS(8) * (src_g + 1);
829                              bsrc++) {
830                                 if ((bsrc & 0x0f) != b)
831                                         continue;
832
833                                 for (i = 0; i < bsize; i++)
834                                         new_lt[i] |= old_lt[bsrc * bsize + i];
835                         }
836
837                         new_lt += bsize;
838                 }
839         }
840 }
841
842 /**
843  * pipapo_lt_bits_adjust() - Adjust group size for lookup table if needed
844  * @f:          Field containing lookup table
845  */
846 static void pipapo_lt_bits_adjust(struct nft_pipapo_field *f)
847 {
848         unsigned long *new_lt;
849         int groups, bb;
850         size_t lt_size;
851
852         lt_size = f->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) * f->bsize *
853                   sizeof(*f->lt);
854
855         if (f->bb == NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_SMALL_SET &&
856             lt_size > NFT_PIPAPO_LT_SIZE_HIGH) {
857                 groups = f->groups * 2;
858                 bb = NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_LARGE_SET;
859
860                 lt_size = groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(bb) * f->bsize *
861                           sizeof(*f->lt);
862         } else if (f->bb == NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_LARGE_SET &&
863                    lt_size < NFT_PIPAPO_LT_SIZE_LOW) {
864                 groups = f->groups / 2;
865                 bb = NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_SMALL_SET;
866
867                 lt_size = groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(bb) * f->bsize *
868                           sizeof(*f->lt);
869
870                 /* Don't increase group width if the resulting lookup table size
871                  * would exceed the upper size threshold for a "small" set.
872                  */
873                 if (lt_size > NFT_PIPAPO_LT_SIZE_HIGH)
874                         return;
875         } else {
876                 return;
877         }
878
879         new_lt = kvzalloc(lt_size + NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM, GFP_KERNEL);
880         if (!new_lt)
881                 return;
882
883         NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_ARE_8_OR_4;
884         if (f->bb == 4 && bb == 8) {
885                 pipapo_lt_4b_to_8b(f->groups, f->bsize,
886                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt),
887                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt));
888         } else if (f->bb == 8 && bb == 4) {
889                 pipapo_lt_8b_to_4b(f->groups, f->bsize,
890                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt),
891                                    NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt));
892         } else {
893                 BUG();
894         }
895
896         f->groups = groups;
897         f->bb = bb;
898         kvfree(f->lt);
899         NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(f, new_lt);
900 }
901
902 /**
903  * pipapo_insert() - Insert new rule in field given input key and mask length
904  * @f:          Field containing lookup table
905  * @k:          Input key for classification, without nftables padding
906  * @mask_bits:  Length of mask; matches field length for non-ranged entry
907  *
908  * Insert a new rule reference in lookup buckets corresponding to k and
909  * mask_bits.
910  *
911  * Return: 1 on success (one rule inserted), negative error code on failure.
912  */
913 static int pipapo_insert(struct nft_pipapo_field *f, const uint8_t *k,
914                          int mask_bits)
915 {
916         int rule = f->rules, group, ret, bit_offset = 0;
917
918         ret = pipapo_resize(f, f->rules, f->rules + 1);
919         if (ret)
920                 return ret;
921
922         f->rules++;
923
924         for (group = 0; group < f->groups; group++) {
925                 int i, v;
926                 u8 mask;
927
928                 v = k[group / (BITS_PER_BYTE / f->bb)];
929                 v &= GENMASK(BITS_PER_BYTE - bit_offset - 1, 0);
930                 v >>= (BITS_PER_BYTE - bit_offset) - f->bb;
931
932                 bit_offset += f->bb;
933                 bit_offset %= BITS_PER_BYTE;
934
935                 if (mask_bits >= (group + 1) * f->bb) {
936                         /* Not masked */
937                         pipapo_bucket_set(f, rule, group, v);
938                 } else if (mask_bits <= group * f->bb) {
939                         /* Completely masked */
940                         for (i = 0; i < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); i++)
941                                 pipapo_bucket_set(f, rule, group, i);
942                 } else {
943                         /* The mask limit falls on this group */
944                         mask = GENMASK(f->bb - 1, 0);
945                         mask >>= mask_bits - group * f->bb;
946                         for (i = 0; i < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); i++) {
947                                 if ((i & ~mask) == (v & ~mask))
948                                         pipapo_bucket_set(f, rule, group, i);
949                         }
950                 }
951         }
952
953         pipapo_lt_bits_adjust(f);
954
955         return 1;
956 }
957
958 /**
959  * pipapo_step_diff() - Check if setting @step bit in netmask would change it
960  * @base:       Mask we are expanding
961  * @step:       Step bit for given expansion step
962  * @len:        Total length of mask space (set and unset bits), bytes
963  *
964  * Convenience function for mask expansion.
965  *
966  * Return: true if step bit changes mask (i.e. isn't set), false otherwise.
967  */
968 static bool pipapo_step_diff(u8 *base, int step, int len)
969 {
970         /* Network order, byte-addressed */
971 #ifdef __BIG_ENDIAN__
972         return !(BIT(step % BITS_PER_BYTE) & base[step / BITS_PER_BYTE]);
973 #else
974         return !(BIT(step % BITS_PER_BYTE) &
975                  base[len - 1 - step / BITS_PER_BYTE]);
976 #endif
977 }
978
979 /**
980  * pipapo_step_after_end() - Check if mask exceeds range end with given step
981  * @base:       Mask we are expanding
982  * @end:        End of range
983  * @step:       Step bit for given expansion step, highest bit to be set
984  * @len:        Total length of mask space (set and unset bits), bytes
985  *
986  * Convenience function for mask expansion.
987  *
988  * Return: true if mask exceeds range setting step bits, false otherwise.
989  */
990 static bool pipapo_step_after_end(const u8 *base, const u8 *end, int step,
991                                   int len)
992 {
993         u8 tmp[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES];
994         int i;
995
996         memcpy(tmp, base, len);
997
998         /* Network order, byte-addressed */
999         for (i = 0; i <= step; i++)
1000 #ifdef __BIG_ENDIAN__
1001                 tmp[i / BITS_PER_BYTE] |= BIT(i % BITS_PER_BYTE);
1002 #else
1003                 tmp[len - 1 - i / BITS_PER_BYTE] |= BIT(i % BITS_PER_BYTE);
1004 #endif
1005
1006         return memcmp(tmp, end, len) > 0;
1007 }
1008
1009 /**
1010  * pipapo_base_sum() - Sum step bit to given len-sized netmask base with carry
1011  * @base:       Netmask base
1012  * @step:       Step bit to sum
1013  * @len:        Netmask length, bytes
1014  */
1015 static void pipapo_base_sum(u8 *base, int step, int len)
1016 {
1017         bool carry = false;
1018         int i;
1019
1020         /* Network order, byte-addressed */
1021 #ifdef __BIG_ENDIAN__
1022         for (i = step / BITS_PER_BYTE; i < len; i++) {
1023 #else
1024         for (i = len - 1 - step / BITS_PER_BYTE; i >= 0; i--) {
1025 #endif
1026                 if (carry)
1027                         base[i]++;
1028                 else
1029                         base[i] += 1 << (step % BITS_PER_BYTE);
1030
1031                 if (base[i])
1032                         break;
1033
1034                 carry = true;
1035         }
1036 }
1037
1038 /**
1039  * pipapo_expand() - Expand to composing netmasks, insert into lookup table
1040  * @f:          Field containing lookup table
1041  * @start:      Start of range
1042  * @end:        End of range
1043  * @len:        Length of value in bits
1044  *
1045  * Expand range to composing netmasks and insert corresponding rule references
1046  * in lookup buckets.
1047  *
1048  * Return: number of inserted rules on success, negative error code on failure.
1049  */
1050 static int pipapo_expand(struct nft_pipapo_field *f,
1051                          const u8 *start, const u8 *end, int len)
1052 {
1053         int step, masks = 0, bytes = DIV_ROUND_UP(len, BITS_PER_BYTE);
1054         u8 base[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES];
1055
1056         memcpy(base, start, bytes);
1057         while (memcmp(base, end, bytes) <= 0) {
1058                 int err;
1059
1060                 step = 0;
1061                 while (pipapo_step_diff(base, step, bytes)) {
1062                         if (pipapo_step_after_end(base, end, step, bytes))
1063                                 break;
1064
1065                         step++;
1066                         if (step >= len) {
1067                                 if (!masks) {
1068                                         err = pipapo_insert(f, base, 0);
1069                                         if (err < 0)
1070                                                 return err;
1071                                         masks = 1;
1072                                 }
1073                                 goto out;
1074                         }
1075                 }
1076
1077                 err = pipapo_insert(f, base, len - step);
1078
1079                 if (err < 0)
1080                         return err;
1081
1082                 masks++;
1083                 pipapo_base_sum(base, step, bytes);
1084         }
1085 out:
1086         return masks;
1087 }
1088
1089 /**
1090  * pipapo_map() - Insert rules in mapping tables, mapping them between fields
1091  * @m:          Matching data, including mapping table
1092  * @map:        Table of rule maps: array of first rule and amount of rules
1093  *              in next field a given rule maps to, for each field
1094  * @e:          For last field, nft_set_ext pointer matching rules map to
1095  */
1096 static void pipapo_map(struct nft_pipapo_match *m,
1097                        union nft_pipapo_map_bucket map[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS],
1098                        struct nft_pipapo_elem *e)
1099 {
1100         struct nft_pipapo_field *f;
1101         int i, j;
1102
1103         for (i = 0, f = m->f; i < m->field_count - 1; i++, f++) {
1104                 for (j = 0; j < map[i].n; j++) {
1105                         f->mt[map[i].to + j].to = map[i + 1].to;
1106                         f->mt[map[i].to + j].n = map[i + 1].n;
1107                 }
1108         }
1109
1110         /* Last field: map to ext instead of mapping to next field */
1111         for (j = 0; j < map[i].n; j++)
1112                 f->mt[map[i].to + j].e = e;
1113 }
1114
1115 /**
1116  * pipapo_free_scratch() - Free per-CPU map at original (not aligned) address
1117  * @m:          Matching data
1118  * @cpu:        CPU number
1119  */
1120 static void pipapo_free_scratch(const struct nft_pipapo_match *m, unsigned int cpu)
1121 {
1122         struct nft_pipapo_scratch *s;
1123         void *mem;
1124
1125         s = *per_cpu_ptr(m->scratch, cpu);
1126         if (!s)
1127                 return;
1128
1129         mem = s;
1130         mem -= s->align_off;
1131         kfree(mem);
1132 }
1133
1134 /**
1135  * pipapo_realloc_scratch() - Reallocate scratch maps for partial match results
1136  * @clone:      Copy of matching data with pending insertions and deletions
1137  * @bsize_max:  Maximum bucket size, scratch maps cover two buckets
1138  *
1139  * Return: 0 on success, -ENOMEM on failure.
1140  */
1141 static int pipapo_realloc_scratch(struct nft_pipapo_match *clone,
1142                                   unsigned long bsize_max)
1143 {
1144         int i;
1145
1146         for_each_possible_cpu(i) {
1147                 struct nft_pipapo_scratch *scratch;
1148 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1149                 void *scratch_aligned;
1150                 u32 align_off;
1151 #endif
1152                 scratch = kzalloc_node(struct_size(scratch, map,
1153                                                    bsize_max * 2) +
1154                                        NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM,
1155                                        GFP_KERNEL, cpu_to_node(i));
1156                 if (!scratch) {
1157                         /* On failure, there's no need to undo previous
1158                          * allocations: this means that some scratch maps have
1159                          * a bigger allocated size now (this is only called on
1160                          * insertion), but the extra space won't be used by any
1161                          * CPU as new elements are not inserted and m->bsize_max
1162                          * is not updated.
1163                          */
1164                         return -ENOMEM;
1165                 }
1166
1167                 pipapo_free_scratch(clone, i);
1168
1169 #ifdef NFT_PIPAPO_ALIGN
1170                 /* Align &scratch->map (not the struct itself): the extra
1171                  * %NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM bytes passed to kzalloc_node()
1172                  * above guarantee we can waste up to those bytes in order
1173                  * to align the map field regardless of its offset within
1174                  * the struct.
1175                  */
1176                 BUILD_BUG_ON(offsetof(struct nft_pipapo_scratch, map) > NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM);
1177
1178                 scratch_aligned = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(&scratch->map);
1179                 scratch_aligned -= offsetof(struct nft_pipapo_scratch, map);
1180                 align_off = scratch_aligned - (void *)scratch;
1181
1182                 scratch = scratch_aligned;
1183                 scratch->align_off = align_off;
1184 #endif
1185                 *per_cpu_ptr(clone->scratch, i) = scratch;
1186         }
1187
1188         return 0;
1189 }
1190
1191 /**
1192  * nft_pipapo_insert() - Validate and insert ranged elements
1193  * @net:        Network namespace
1194  * @set:        nftables API set representation
1195  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1196  * @elem_priv:  Filled with pointer to &struct nft_set_ext in inserted element
1197  *
1198  * Return: 0 on success, error pointer on failure.
1199  */
1200 static int nft_pipapo_insert(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1201                              const struct nft_set_elem *elem,
1202                              struct nft_elem_priv **elem_priv)
1203 {
1204         const struct nft_set_ext *ext = nft_set_elem_ext(set, elem->priv);
1205         union nft_pipapo_map_bucket rulemap[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS];
1206         const u8 *start = (const u8 *)elem->key.val.data, *end;
1207         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1208         struct nft_pipapo_match *m = priv->clone;
1209         u8 genmask = nft_genmask_next(net);
1210         struct nft_pipapo_elem *e, *dup;
1211         u64 tstamp = nft_net_tstamp(net);
1212         struct nft_pipapo_field *f;
1213         const u8 *start_p, *end_p;
1214         int i, bsize_max, err = 0;
1215
1216         if (nft_set_ext_exists(ext, NFT_SET_EXT_KEY_END))
1217                 end = (const u8 *)nft_set_ext_key_end(ext)->data;
1218         else
1219                 end = start;
1220
1221         dup = pipapo_get(net, set, start, genmask, tstamp);
1222         if (!IS_ERR(dup)) {
1223                 /* Check if we already have the same exact entry */
1224                 const struct nft_data *dup_key, *dup_end;
1225
1226                 dup_key = nft_set_ext_key(&dup->ext);
1227                 if (nft_set_ext_exists(&dup->ext, NFT_SET_EXT_KEY_END))
1228                         dup_end = nft_set_ext_key_end(&dup->ext);
1229                 else
1230                         dup_end = dup_key;
1231
1232                 if (!memcmp(start, dup_key->data, sizeof(*dup_key->data)) &&
1233                     !memcmp(end, dup_end->data, sizeof(*dup_end->data))) {
1234                         *elem_priv = &dup->priv;
1235                         return -EEXIST;
1236                 }
1237
1238                 return -ENOTEMPTY;
1239         }
1240
1241         if (PTR_ERR(dup) == -ENOENT) {
1242                 /* Look for partially overlapping entries */
1243                 dup = pipapo_get(net, set, end, nft_genmask_next(net), tstamp);
1244         }
1245
1246         if (PTR_ERR(dup) != -ENOENT) {
1247                 if (IS_ERR(dup))
1248                         return PTR_ERR(dup);
1249                 *elem_priv = &dup->priv;
1250                 return -ENOTEMPTY;
1251         }
1252
1253         /* Validate */
1254         start_p = start;
1255         end_p = end;
1256         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1257                 if (f->rules >= (unsigned long)NFT_PIPAPO_RULE0_MAX)
1258                         return -ENOSPC;
1259
1260                 if (memcmp(start_p, end_p,
1261                            f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f)) > 0)
1262                         return -EINVAL;
1263
1264                 start_p += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1265                 end_p += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1266         }
1267
1268         /* Insert */
1269         priv->dirty = true;
1270
1271         bsize_max = m->bsize_max;
1272
1273         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1274                 int ret;
1275
1276                 rulemap[i].to = f->rules;
1277
1278                 ret = memcmp(start, end,
1279                              f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f));
1280                 if (!ret)
1281                         ret = pipapo_insert(f, start, f->groups * f->bb);
1282                 else
1283                         ret = pipapo_expand(f, start, end, f->groups * f->bb);
1284
1285                 if (ret < 0)
1286                         return ret;
1287
1288                 if (f->bsize > bsize_max)
1289                         bsize_max = f->bsize;
1290
1291                 rulemap[i].n = ret;
1292
1293                 start += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1294                 end += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
1295         }
1296
1297         if (!*get_cpu_ptr(m->scratch) || bsize_max > m->bsize_max) {
1298                 put_cpu_ptr(m->scratch);
1299
1300                 err = pipapo_realloc_scratch(m, bsize_max);
1301                 if (err)
1302                         return err;
1303
1304                 m->bsize_max = bsize_max;
1305         } else {
1306                 put_cpu_ptr(m->scratch);
1307         }
1308
1309         e = nft_elem_priv_cast(elem->priv);
1310         *elem_priv = &e->priv;
1311
1312         pipapo_map(m, rulemap, e);
1313
1314         return 0;
1315 }
1316
1317 /**
1318  * pipapo_clone() - Clone matching data to create new working copy
1319  * @old:        Existing matching data
1320  *
1321  * Return: copy of matching data passed as 'old', error pointer on failure
1322  */
1323 static struct nft_pipapo_match *pipapo_clone(struct nft_pipapo_match *old)
1324 {
1325         struct nft_pipapo_field *dst, *src;
1326         struct nft_pipapo_match *new;
1327         int i;
1328
1329         new = kmalloc(struct_size(new, f, old->field_count), GFP_KERNEL);
1330         if (!new)
1331                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1332
1333         new->field_count = old->field_count;
1334         new->bsize_max = old->bsize_max;
1335
1336         new->scratch = alloc_percpu(*new->scratch);
1337         if (!new->scratch)
1338                 goto out_scratch;
1339
1340         for_each_possible_cpu(i)
1341                 *per_cpu_ptr(new->scratch, i) = NULL;
1342
1343         if (pipapo_realloc_scratch(new, old->bsize_max))
1344                 goto out_scratch_realloc;
1345
1346         rcu_head_init(&new->rcu);
1347
1348         src = old->f;
1349         dst = new->f;
1350
1351         for (i = 0; i < old->field_count; i++) {
1352                 unsigned long *new_lt;
1353
1354                 memcpy(dst, src, offsetof(struct nft_pipapo_field, lt));
1355
1356                 new_lt = kvzalloc(src->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(src->bb) *
1357                                   src->bsize * sizeof(*dst->lt) +
1358                                   NFT_PIPAPO_ALIGN_HEADROOM,
1359                                   GFP_KERNEL);
1360                 if (!new_lt)
1361                         goto out_lt;
1362
1363                 NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(dst, new_lt);
1364
1365                 memcpy(NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(new_lt),
1366                        NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(src->lt),
1367                        src->bsize * sizeof(*dst->lt) *
1368                        src->groups * NFT_PIPAPO_BUCKETS(src->bb));
1369
1370                 dst->mt = kvmalloc(src->rules * sizeof(*src->mt), GFP_KERNEL);
1371                 if (!dst->mt)
1372                         goto out_mt;
1373
1374                 memcpy(dst->mt, src->mt, src->rules * sizeof(*src->mt));
1375                 src++;
1376                 dst++;
1377         }
1378
1379         return new;
1380
1381 out_mt:
1382         kvfree(dst->lt);
1383 out_lt:
1384         for (dst--; i > 0; i--) {
1385                 kvfree(dst->mt);
1386                 kvfree(dst->lt);
1387                 dst--;
1388         }
1389 out_scratch_realloc:
1390         for_each_possible_cpu(i)
1391                 pipapo_free_scratch(new, i);
1392 out_scratch:
1393         free_percpu(new->scratch);
1394         kfree(new);
1395
1396         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1397 }
1398
1399 /**
1400  * pipapo_rules_same_key() - Get number of rules originated from the same entry
1401  * @f:          Field containing mapping table
1402  * @first:      Index of first rule in set of rules mapping to same entry
1403  *
1404  * Using the fact that all rules in a field that originated from the same entry
1405  * will map to the same set of rules in the next field, or to the same element
1406  * reference, return the cardinality of the set of rules that originated from
1407  * the same entry as the rule with index @first, @first rule included.
1408  *
1409  * In pictures:
1410  *                              rules
1411  *      field #0                0    1    2    3    4
1412  *              map to:         0    1   2-4  2-4  5-9
1413  *                              .    .    .......   . ...
1414  *                              |    |    |    | \   \
1415  *                              |    |    |    |  \   \
1416  *                              |    |    |    |   \   \
1417  *                              '    '    '    '    '   \
1418  *      in field #1             0    1    2    3    4    5 ...
1419  *
1420  * if this is called for rule 2 on field #0, it will return 3, as also rules 2
1421  * and 3 in field 0 map to the same set of rules (2, 3, 4) in the next field.
1422  *
1423  * For the last field in a set, we can rely on associated entries to map to the
1424  * same element references.
1425  *
1426  * Return: Number of rules that originated from the same entry as @first.
1427  */
1428 static int pipapo_rules_same_key(struct nft_pipapo_field *f, int first)
1429 {
1430         struct nft_pipapo_elem *e = NULL; /* Keep gcc happy */
1431         int r;
1432
1433         for (r = first; r < f->rules; r++) {
1434                 if (r != first && e != f->mt[r].e)
1435                         return r - first;
1436
1437                 e = f->mt[r].e;
1438         }
1439
1440         if (r != first)
1441                 return r - first;
1442
1443         return 0;
1444 }
1445
1446 /**
1447  * pipapo_unmap() - Remove rules from mapping tables, renumber remaining ones
1448  * @mt:         Mapping array
1449  * @rules:      Original amount of rules in mapping table
1450  * @start:      First rule index to be removed
1451  * @n:          Amount of rules to be removed
1452  * @to_offset:  First rule index, in next field, this group of rules maps to
1453  * @is_last:    If this is the last field, delete reference from mapping array
1454  *
1455  * This is used to unmap rules from the mapping table for a single field,
1456  * maintaining consistency and compactness for the existing ones.
1457  *
1458  * In pictures: let's assume that we want to delete rules 2 and 3 from the
1459  * following mapping array:
1460  *
1461  *                 rules
1462  *               0      1      2      3      4
1463  *      map to:  4-10   4-10   11-15  11-15  16-18
1464  *
1465  * the result will be:
1466  *
1467  *                 rules
1468  *               0      1      2
1469  *      map to:  4-10   4-10   11-13
1470  *
1471  * for fields before the last one. In case this is the mapping table for the
1472  * last field in a set, and rules map to pointers to &struct nft_pipapo_elem:
1473  *
1474  *                      rules
1475  *                        0      1      2      3      4
1476  *  element pointers:  0x42   0x42   0x33   0x33   0x44
1477  *
1478  * the result will be:
1479  *
1480  *                      rules
1481  *                        0      1      2
1482  *  element pointers:  0x42   0x42   0x44
1483  */
1484 static void pipapo_unmap(union nft_pipapo_map_bucket *mt, int rules,
1485                          int start, int n, int to_offset, bool is_last)
1486 {
1487         int i;
1488
1489         memmove(mt + start, mt + start + n, (rules - start - n) * sizeof(*mt));
1490         memset(mt + rules - n, 0, n * sizeof(*mt));
1491
1492         if (is_last)
1493                 return;
1494
1495         for (i = start; i < rules - n; i++)
1496                 mt[i].to -= to_offset;
1497 }
1498
1499 /**
1500  * pipapo_drop() - Delete entry from lookup and mapping tables, given rule map
1501  * @m:          Matching data
1502  * @rulemap:    Table of rule maps, arrays of first rule and amount of rules
1503  *              in next field a given entry maps to, for each field
1504  *
1505  * For each rule in lookup table buckets mapping to this set of rules, drop
1506  * all bits set in lookup table mapping. In pictures, assuming we want to drop
1507  * rules 0 and 1 from this lookup table:
1508  *
1509  *                     bucket
1510  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
1511  *        0    0                                              1,2
1512  *        1   1,2                                      0
1513  *        2    0                                      1,2
1514  *        3    0                              1,2
1515  *        4  0,1,2
1516  *        5    0   1   2
1517  *        6  0,1,2 1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1518  *        7   1,2 1,2  1   1   1  0,1  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1519  *
1520  * rule 2 becomes rule 0, and the result will be:
1521  *
1522  *                     bucket
1523  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
1524  *        0                                                    0
1525  *        1    0
1526  *        2                                            0
1527  *        3                                    0
1528  *        4    0
1529  *        5            0
1530  *        6    0
1531  *        7    0   0
1532  *
1533  * once this is done, call unmap() to drop all the corresponding rule references
1534  * from mapping tables.
1535  */
1536 static void pipapo_drop(struct nft_pipapo_match *m,
1537                         union nft_pipapo_map_bucket rulemap[])
1538 {
1539         struct nft_pipapo_field *f;
1540         int i;
1541
1542         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1543                 int g;
1544
1545                 for (g = 0; g < f->groups; g++) {
1546                         unsigned long *pos;
1547                         int b;
1548
1549                         pos = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt) + g *
1550                               NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) * f->bsize;
1551
1552                         for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); b++) {
1553                                 bitmap_cut(pos, pos, rulemap[i].to,
1554                                            rulemap[i].n,
1555                                            f->bsize * BITS_PER_LONG);
1556
1557                                 pos += f->bsize;
1558                         }
1559                 }
1560
1561                 pipapo_unmap(f->mt, f->rules, rulemap[i].to, rulemap[i].n,
1562                              rulemap[i + 1].n, i == m->field_count - 1);
1563                 if (pipapo_resize(f, f->rules, f->rules - rulemap[i].n)) {
1564                         /* We can ignore this, a failure to shrink tables down
1565                          * doesn't make tables invalid.
1566                          */
1567                         ;
1568                 }
1569                 f->rules -= rulemap[i].n;
1570
1571                 pipapo_lt_bits_adjust(f);
1572         }
1573 }
1574
1575 static void nft_pipapo_gc_deactivate(struct net *net, struct nft_set *set,
1576                                      struct nft_pipapo_elem *e)
1577
1578 {
1579         nft_setelem_data_deactivate(net, set, &e->priv);
1580 }
1581
1582 /**
1583  * pipapo_gc() - Drop expired entries from set, destroy start and end elements
1584  * @set:        nftables API set representation
1585  * @m:          Matching data
1586  */
1587 static void pipapo_gc(struct nft_set *set, struct nft_pipapo_match *m)
1588 {
1589         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1590         struct net *net = read_pnet(&set->net);
1591         u64 tstamp = nft_net_tstamp(net);
1592         int rules_f0, first_rule = 0;
1593         struct nft_pipapo_elem *e;
1594         struct nft_trans_gc *gc;
1595
1596         gc = nft_trans_gc_alloc(set, 0, GFP_KERNEL);
1597         if (!gc)
1598                 return;
1599
1600         while ((rules_f0 = pipapo_rules_same_key(m->f, first_rule))) {
1601                 union nft_pipapo_map_bucket rulemap[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS];
1602                 const struct nft_pipapo_field *f;
1603                 int i, start, rules_fx;
1604
1605                 start = first_rule;
1606                 rules_fx = rules_f0;
1607
1608                 nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1609                         rulemap[i].to = start;
1610                         rulemap[i].n = rules_fx;
1611
1612                         if (i < m->field_count - 1) {
1613                                 rules_fx = f->mt[start].n;
1614                                 start = f->mt[start].to;
1615                         }
1616                 }
1617
1618                 /* Pick the last field, and its last index */
1619                 f--;
1620                 i--;
1621                 e = f->mt[rulemap[i].to].e;
1622
1623                 /* synchronous gc never fails, there is no need to set on
1624                  * NFT_SET_ELEM_DEAD_BIT.
1625                  */
1626                 if (__nft_set_elem_expired(&e->ext, tstamp)) {
1627                         priv->dirty = true;
1628
1629                         gc = nft_trans_gc_queue_sync(gc, GFP_KERNEL);
1630                         if (!gc)
1631                                 return;
1632
1633                         nft_pipapo_gc_deactivate(net, set, e);
1634                         pipapo_drop(m, rulemap);
1635                         nft_trans_gc_elem_add(gc, e);
1636
1637                         /* And check again current first rule, which is now the
1638                          * first we haven't checked.
1639                          */
1640                 } else {
1641                         first_rule += rules_f0;
1642                 }
1643         }
1644
1645         gc = nft_trans_gc_catchall_sync(gc);
1646         if (gc) {
1647                 nft_trans_gc_queue_sync_done(gc);
1648                 priv->last_gc = jiffies;
1649         }
1650 }
1651
1652 /**
1653  * pipapo_free_fields() - Free per-field tables contained in matching data
1654  * @m:          Matching data
1655  */
1656 static void pipapo_free_fields(struct nft_pipapo_match *m)
1657 {
1658         struct nft_pipapo_field *f;
1659         int i;
1660
1661         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
1662                 kvfree(f->lt);
1663                 kvfree(f->mt);
1664         }
1665 }
1666
1667 static void pipapo_free_match(struct nft_pipapo_match *m)
1668 {
1669         int i;
1670
1671         for_each_possible_cpu(i)
1672                 pipapo_free_scratch(m, i);
1673
1674         free_percpu(m->scratch);
1675         pipapo_free_fields(m);
1676
1677         kfree(m);
1678 }
1679
1680 /**
1681  * pipapo_reclaim_match - RCU callback to free fields from old matching data
1682  * @rcu:        RCU head
1683  */
1684 static void pipapo_reclaim_match(struct rcu_head *rcu)
1685 {
1686         struct nft_pipapo_match *m;
1687
1688         m = container_of(rcu, struct nft_pipapo_match, rcu);
1689         pipapo_free_match(m);
1690 }
1691
1692 /**
1693  * nft_pipapo_commit() - Replace lookup data with current working copy
1694  * @set:        nftables API set representation
1695  *
1696  * While at it, check if we should perform garbage collection on the working
1697  * copy before committing it for lookup, and don't replace the table if the
1698  * working copy doesn't have pending changes.
1699  *
1700  * We also need to create a new working copy for subsequent insertions and
1701  * deletions.
1702  */
1703 static void nft_pipapo_commit(struct nft_set *set)
1704 {
1705         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1706         struct nft_pipapo_match *new_clone, *old;
1707
1708         if (time_after_eq(jiffies, priv->last_gc + nft_set_gc_interval(set)))
1709                 pipapo_gc(set, priv->clone);
1710
1711         if (!priv->dirty)
1712                 return;
1713
1714         new_clone = pipapo_clone(priv->clone);
1715         if (IS_ERR(new_clone))
1716                 return;
1717
1718         priv->dirty = false;
1719
1720         old = rcu_access_pointer(priv->match);
1721         rcu_assign_pointer(priv->match, priv->clone);
1722         if (old)
1723                 call_rcu(&old->rcu, pipapo_reclaim_match);
1724
1725         priv->clone = new_clone;
1726 }
1727
1728 static bool nft_pipapo_transaction_mutex_held(const struct nft_set *set)
1729 {
1730 #ifdef CONFIG_PROVE_LOCKING
1731         const struct net *net = read_pnet(&set->net);
1732
1733         return lockdep_is_held(&nft_pernet(net)->commit_mutex);
1734 #else
1735         return true;
1736 #endif
1737 }
1738
1739 static void nft_pipapo_abort(const struct nft_set *set)
1740 {
1741         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1742         struct nft_pipapo_match *new_clone, *m;
1743
1744         if (!priv->dirty)
1745                 return;
1746
1747         m = rcu_dereference_protected(priv->match, nft_pipapo_transaction_mutex_held(set));
1748
1749         new_clone = pipapo_clone(m);
1750         if (IS_ERR(new_clone))
1751                 return;
1752
1753         priv->dirty = false;
1754
1755         pipapo_free_match(priv->clone);
1756         priv->clone = new_clone;
1757 }
1758
1759 /**
1760  * nft_pipapo_activate() - Mark element reference as active given key, commit
1761  * @net:        Network namespace
1762  * @set:        nftables API set representation
1763  * @elem_priv:  nftables API element representation containing key data
1764  *
1765  * On insertion, elements are added to a copy of the matching data currently
1766  * in use for lookups, and not directly inserted into current lookup data. Both
1767  * nft_pipapo_insert() and nft_pipapo_activate() are called once for each
1768  * element, hence we can't purpose either one as a real commit operation.
1769  */
1770 static void nft_pipapo_activate(const struct net *net,
1771                                 const struct nft_set *set,
1772                                 struct nft_elem_priv *elem_priv)
1773 {
1774         struct nft_pipapo_elem *e = nft_elem_priv_cast(elem_priv);
1775
1776         nft_clear(net, &e->ext);
1777 }
1778
1779 /**
1780  * pipapo_deactivate() - Check that element is in set, mark as inactive
1781  * @net:        Network namespace
1782  * @set:        nftables API set representation
1783  * @data:       Input key data
1784  * @ext:        nftables API extension pointer, used to check for end element
1785  *
1786  * This is a convenience function that can be called from both
1787  * nft_pipapo_deactivate() and nft_pipapo_flush(), as they are in fact the same
1788  * operation.
1789  *
1790  * Return: deactivated element if found, NULL otherwise.
1791  */
1792 static void *pipapo_deactivate(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1793                                const u8 *data, const struct nft_set_ext *ext)
1794 {
1795         struct nft_pipapo_elem *e;
1796
1797         e = pipapo_get(net, set, data, nft_genmask_next(net), nft_net_tstamp(net));
1798         if (IS_ERR(e))
1799                 return NULL;
1800
1801         nft_set_elem_change_active(net, set, &e->ext);
1802
1803         return e;
1804 }
1805
1806 /**
1807  * nft_pipapo_deactivate() - Call pipapo_deactivate() to make element inactive
1808  * @net:        Network namespace
1809  * @set:        nftables API set representation
1810  * @elem:       nftables API element representation containing key data
1811  *
1812  * Return: deactivated element if found, NULL otherwise.
1813  */
1814 static struct nft_elem_priv *
1815 nft_pipapo_deactivate(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1816                       const struct nft_set_elem *elem)
1817 {
1818         const struct nft_set_ext *ext = nft_set_elem_ext(set, elem->priv);
1819
1820         return pipapo_deactivate(net, set, (const u8 *)elem->key.val.data, ext);
1821 }
1822
1823 /**
1824  * nft_pipapo_flush() - Call pipapo_deactivate() to make element inactive
1825  * @net:        Network namespace
1826  * @set:        nftables API set representation
1827  * @elem_priv:  nftables API element representation containing key data
1828  *
1829  * This is functionally the same as nft_pipapo_deactivate(), with a slightly
1830  * different interface, and it's also called once for each element in a set
1831  * being flushed, so we can't implement, strictly speaking, a flush operation,
1832  * which would otherwise be as simple as allocating an empty copy of the
1833  * matching data.
1834  *
1835  * Note that we could in theory do that, mark the set as flushed, and ignore
1836  * subsequent calls, but we would leak all the elements after the first one,
1837  * because they wouldn't then be freed as result of API calls.
1838  *
1839  * Return: true if element was found and deactivated.
1840  */
1841 static void nft_pipapo_flush(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1842                              struct nft_elem_priv *elem_priv)
1843 {
1844         struct nft_pipapo_elem *e = nft_elem_priv_cast(elem_priv);
1845
1846         nft_set_elem_change_active(net, set, &e->ext);
1847 }
1848
1849 /**
1850  * pipapo_get_boundaries() - Get byte interval for associated rules
1851  * @f:          Field including lookup table
1852  * @first_rule: First rule (lowest index)
1853  * @rule_count: Number of associated rules
1854  * @left:       Byte expression for left boundary (start of range)
1855  * @right:      Byte expression for right boundary (end of range)
1856  *
1857  * Given the first rule and amount of rules that originated from the same entry,
1858  * build the original range associated with the entry, and calculate the length
1859  * of the originating netmask.
1860  *
1861  * In pictures:
1862  *
1863  *                     bucket
1864  *      group  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15
1865  *        0                                                   1,2
1866  *        1   1,2
1867  *        2                                           1,2
1868  *        3                                   1,2
1869  *        4   1,2
1870  *        5        1   2
1871  *        6   1,2  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1872  *        7   1,2 1,2  1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1   1
1873  *
1874  * this is the lookup table corresponding to the IPv4 range
1875  * 192.168.1.0-192.168.2.1, which was expanded to the two composing netmasks,
1876  * rule #1: 192.168.1.0/24, and rule #2: 192.168.2.0/31.
1877  *
1878  * This function fills @left and @right with the byte values of the leftmost
1879  * and rightmost bucket indices for the lowest and highest rule indices,
1880  * respectively. If @first_rule is 1 and @rule_count is 2, we obtain, in
1881  * nibbles:
1882  *   left:  < 12, 0, 10, 8, 0, 1, 0, 0 >
1883  *   right: < 12, 0, 10, 8, 0, 2, 2, 1 >
1884  * corresponding to bytes:
1885  *   left:  < 192, 168, 1, 0 >
1886  *   right: < 192, 168, 2, 1 >
1887  * with mask length irrelevant here, unused on return, as the range is already
1888  * defined by its start and end points. The mask length is relevant for a single
1889  * ranged entry instead: if @first_rule is 1 and @rule_count is 1, we ignore
1890  * rule 2 above: @left becomes < 192, 168, 1, 0 >, @right becomes
1891  * < 192, 168, 1, 255 >, and the mask length, calculated from the distances
1892  * between leftmost and rightmost bucket indices for each group, would be 24.
1893  *
1894  * Return: mask length, in bits.
1895  */
1896 static int pipapo_get_boundaries(struct nft_pipapo_field *f, int first_rule,
1897                                  int rule_count, u8 *left, u8 *right)
1898 {
1899         int g, mask_len = 0, bit_offset = 0;
1900         u8 *l = left, *r = right;
1901
1902         for (g = 0; g < f->groups; g++) {
1903                 int b, x0, x1;
1904
1905                 x0 = -1;
1906                 x1 = -1;
1907                 for (b = 0; b < NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb); b++) {
1908                         unsigned long *pos;
1909
1910                         pos = NFT_PIPAPO_LT_ALIGN(f->lt) +
1911                               (g * NFT_PIPAPO_BUCKETS(f->bb) + b) * f->bsize;
1912                         if (test_bit(first_rule, pos) && x0 == -1)
1913                                 x0 = b;
1914                         if (test_bit(first_rule + rule_count - 1, pos))
1915                                 x1 = b;
1916                 }
1917
1918                 *l |= x0 << (BITS_PER_BYTE - f->bb - bit_offset);
1919                 *r |= x1 << (BITS_PER_BYTE - f->bb - bit_offset);
1920
1921                 bit_offset += f->bb;
1922                 if (bit_offset >= BITS_PER_BYTE) {
1923                         bit_offset %= BITS_PER_BYTE;
1924                         l++;
1925                         r++;
1926                 }
1927
1928                 if (x1 - x0 == 0)
1929                         mask_len += 4;
1930                 else if (x1 - x0 == 1)
1931                         mask_len += 3;
1932                 else if (x1 - x0 == 3)
1933                         mask_len += 2;
1934                 else if (x1 - x0 == 7)
1935                         mask_len += 1;
1936         }
1937
1938         return mask_len;
1939 }
1940
1941 /**
1942  * pipapo_match_field() - Match rules against byte ranges
1943  * @f:          Field including the lookup table
1944  * @first_rule: First of associated rules originating from same entry
1945  * @rule_count: Amount of associated rules
1946  * @start:      Start of range to be matched
1947  * @end:        End of range to be matched
1948  *
1949  * Return: true on match, false otherwise.
1950  */
1951 static bool pipapo_match_field(struct nft_pipapo_field *f,
1952                                int first_rule, int rule_count,
1953                                const u8 *start, const u8 *end)
1954 {
1955         u8 right[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES] = { 0 };
1956         u8 left[NFT_PIPAPO_MAX_BYTES] = { 0 };
1957
1958         pipapo_get_boundaries(f, first_rule, rule_count, left, right);
1959
1960         return !memcmp(start, left,
1961                        f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f)) &&
1962                !memcmp(end, right, f->groups / NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f));
1963 }
1964
1965 /**
1966  * nft_pipapo_remove() - Remove element given key, commit
1967  * @net:        Network namespace
1968  * @set:        nftables API set representation
1969  * @elem_priv:  nftables API element representation containing key data
1970  *
1971  * Similarly to nft_pipapo_activate(), this is used as commit operation by the
1972  * API, but it's called once per element in the pending transaction, so we can't
1973  * implement this as a single commit operation. Closest we can get is to remove
1974  * the matched element here, if any, and commit the updated matching data.
1975  */
1976 static void nft_pipapo_remove(const struct net *net, const struct nft_set *set,
1977                               struct nft_elem_priv *elem_priv)
1978 {
1979         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
1980         struct nft_pipapo_match *m = priv->clone;
1981         int rules_f0, first_rule = 0;
1982         struct nft_pipapo_elem *e;
1983         const u8 *data;
1984
1985         e = nft_elem_priv_cast(elem_priv);
1986         data = (const u8 *)nft_set_ext_key(&e->ext);
1987
1988         while ((rules_f0 = pipapo_rules_same_key(m->f, first_rule))) {
1989                 union nft_pipapo_map_bucket rulemap[NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS];
1990                 const u8 *match_start, *match_end;
1991                 struct nft_pipapo_field *f;
1992                 int i, start, rules_fx;
1993
1994                 match_start = data;
1995
1996                 if (nft_set_ext_exists(&e->ext, NFT_SET_EXT_KEY_END))
1997                         match_end = (const u8 *)nft_set_ext_key_end(&e->ext)->data;
1998                 else
1999                         match_end = data;
2000
2001                 start = first_rule;
2002                 rules_fx = rules_f0;
2003
2004                 nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
2005                         bool last = i == m->field_count - 1;
2006
2007                         if (!pipapo_match_field(f, start, rules_fx,
2008                                                 match_start, match_end))
2009                                 break;
2010
2011                         rulemap[i].to = start;
2012                         rulemap[i].n = rules_fx;
2013
2014                         rules_fx = f->mt[start].n;
2015                         start = f->mt[start].to;
2016
2017                         match_start += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
2018                         match_end += NFT_PIPAPO_GROUPS_PADDED_SIZE(f);
2019
2020                         if (last && f->mt[rulemap[i].to].e == e) {
2021                                 priv->dirty = true;
2022                                 pipapo_drop(m, rulemap);
2023                                 return;
2024                         }
2025                 }
2026
2027                 first_rule += rules_f0;
2028         }
2029
2030         WARN_ON_ONCE(1); /* elem_priv not found */
2031 }
2032
2033 /**
2034  * nft_pipapo_walk() - Walk over elements
2035  * @ctx:        nftables API context
2036  * @set:        nftables API set representation
2037  * @iter:       Iterator
2038  *
2039  * As elements are referenced in the mapping array for the last field, directly
2040  * scan that array: there's no need to follow rule mappings from the first
2041  * field.
2042  */
2043 static void nft_pipapo_walk(const struct nft_ctx *ctx, struct nft_set *set,
2044                             struct nft_set_iter *iter)
2045 {
2046         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2047         const struct nft_pipapo_match *m;
2048         const struct nft_pipapo_field *f;
2049         int i, r;
2050
2051         WARN_ON_ONCE(iter->type != NFT_ITER_READ &&
2052                      iter->type != NFT_ITER_UPDATE);
2053
2054         rcu_read_lock();
2055         if (iter->type == NFT_ITER_READ)
2056                 m = rcu_dereference(priv->match);
2057         else
2058                 m = priv->clone;
2059
2060         if (unlikely(!m))
2061                 goto out;
2062
2063         for (i = 0, f = m->f; i < m->field_count - 1; i++, f++)
2064                 ;
2065
2066         for (r = 0; r < f->rules; r++) {
2067                 struct nft_pipapo_elem *e;
2068
2069                 if (r < f->rules - 1 && f->mt[r + 1].e == f->mt[r].e)
2070                         continue;
2071
2072                 if (iter->count < iter->skip)
2073                         goto cont;
2074
2075                 e = f->mt[r].e;
2076
2077                 iter->err = iter->fn(ctx, set, iter, &e->priv);
2078                 if (iter->err < 0)
2079                         goto out;
2080
2081 cont:
2082                 iter->count++;
2083         }
2084
2085 out:
2086         rcu_read_unlock();
2087 }
2088
2089 /**
2090  * nft_pipapo_privsize() - Return the size of private data for the set
2091  * @nla:        netlink attributes, ignored as size doesn't depend on them
2092  * @desc:       Set description, ignored as size doesn't depend on it
2093  *
2094  * Return: size of private data for this set implementation, in bytes
2095  */
2096 static u64 nft_pipapo_privsize(const struct nlattr * const nla[],
2097                                const struct nft_set_desc *desc)
2098 {
2099         return sizeof(struct nft_pipapo);
2100 }
2101
2102 /**
2103  * nft_pipapo_estimate() - Set size, space and lookup complexity
2104  * @desc:       Set description, element count and field description used
2105  * @features:   Flags: NFT_SET_INTERVAL needs to be there
2106  * @est:        Storage for estimation data
2107  *
2108  * Return: true if set description is compatible, false otherwise
2109  */
2110 static bool nft_pipapo_estimate(const struct nft_set_desc *desc, u32 features,
2111                                 struct nft_set_estimate *est)
2112 {
2113         if (!(features & NFT_SET_INTERVAL) ||
2114             desc->field_count < NFT_PIPAPO_MIN_FIELDS)
2115                 return false;
2116
2117         est->size = pipapo_estimate_size(desc);
2118         if (!est->size)
2119                 return false;
2120
2121         est->lookup = NFT_SET_CLASS_O_LOG_N;
2122
2123         est->space = NFT_SET_CLASS_O_N;
2124
2125         return true;
2126 }
2127
2128 /**
2129  * nft_pipapo_init() - Initialise data for a set instance
2130  * @set:        nftables API set representation
2131  * @desc:       Set description
2132  * @nla:        netlink attributes
2133  *
2134  * Validate number and size of fields passed as NFTA_SET_DESC_CONCAT netlink
2135  * attributes, initialise internal set parameters, current instance of matching
2136  * data and a copy for subsequent insertions.
2137  *
2138  * Return: 0 on success, negative error code on failure.
2139  */
2140 static int nft_pipapo_init(const struct nft_set *set,
2141                            const struct nft_set_desc *desc,
2142                            const struct nlattr * const nla[])
2143 {
2144         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2145         struct nft_pipapo_match *m;
2146         struct nft_pipapo_field *f;
2147         int err, i, field_count;
2148
2149         BUILD_BUG_ON(offsetof(struct nft_pipapo_elem, priv) != 0);
2150
2151         field_count = desc->field_count ? : 1;
2152
2153         if (field_count > NFT_PIPAPO_MAX_FIELDS)
2154                 return -EINVAL;
2155
2156         m = kmalloc(struct_size(m, f, field_count), GFP_KERNEL);
2157         if (!m)
2158                 return -ENOMEM;
2159
2160         m->field_count = field_count;
2161         m->bsize_max = 0;
2162
2163         m->scratch = alloc_percpu(struct nft_pipapo_scratch *);
2164         if (!m->scratch) {
2165                 err = -ENOMEM;
2166                 goto out_scratch;
2167         }
2168         for_each_possible_cpu(i)
2169                 *per_cpu_ptr(m->scratch, i) = NULL;
2170
2171         rcu_head_init(&m->rcu);
2172
2173         nft_pipapo_for_each_field(f, i, m) {
2174                 int len = desc->field_len[i] ? : set->klen;
2175
2176                 f->bb = NFT_PIPAPO_GROUP_BITS_INIT;
2177                 f->groups = len * NFT_PIPAPO_GROUPS_PER_BYTE(f);
2178
2179                 priv->width += round_up(len, sizeof(u32));
2180
2181                 f->bsize = 0;
2182                 f->rules = 0;
2183                 NFT_PIPAPO_LT_ASSIGN(f, NULL);
2184                 f->mt = NULL;
2185         }
2186
2187         /* Create an initial clone of matching data for next insertion */
2188         priv->clone = pipapo_clone(m);
2189         if (IS_ERR(priv->clone)) {
2190                 err = PTR_ERR(priv->clone);
2191                 goto out_free;
2192         }
2193
2194         priv->dirty = false;
2195
2196         rcu_assign_pointer(priv->match, m);
2197
2198         return 0;
2199
2200 out_free:
2201         free_percpu(m->scratch);
2202 out_scratch:
2203         kfree(m);
2204
2205         return err;
2206 }
2207
2208 /**
2209  * nft_set_pipapo_match_destroy() - Destroy elements from key mapping array
2210  * @ctx:        context
2211  * @set:        nftables API set representation
2212  * @m:          matching data pointing to key mapping array
2213  */
2214 static void nft_set_pipapo_match_destroy(const struct nft_ctx *ctx,
2215                                          const struct nft_set *set,
2216                                          struct nft_pipapo_match *m)
2217 {
2218         struct nft_pipapo_field *f;
2219         int i, r;
2220
2221         for (i = 0, f = m->f; i < m->field_count - 1; i++, f++)
2222                 ;
2223
2224         for (r = 0; r < f->rules; r++) {
2225                 struct nft_pipapo_elem *e;
2226
2227                 if (r < f->rules - 1 && f->mt[r + 1].e == f->mt[r].e)
2228                         continue;
2229
2230                 e = f->mt[r].e;
2231
2232                 nf_tables_set_elem_destroy(ctx, set, &e->priv);
2233         }
2234 }
2235
2236 /**
2237  * nft_pipapo_destroy() - Free private data for set and all committed elements
2238  * @ctx:        context
2239  * @set:        nftables API set representation
2240  */
2241 static void nft_pipapo_destroy(const struct nft_ctx *ctx,
2242                                const struct nft_set *set)
2243 {
2244         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2245         struct nft_pipapo_match *m;
2246         int cpu;
2247
2248         m = rcu_dereference_protected(priv->match, true);
2249         if (m) {
2250                 rcu_barrier();
2251
2252                 for_each_possible_cpu(cpu)
2253                         pipapo_free_scratch(m, cpu);
2254                 free_percpu(m->scratch);
2255                 pipapo_free_fields(m);
2256                 kfree(m);
2257                 priv->match = NULL;
2258         }
2259
2260         if (priv->clone) {
2261                 m = priv->clone;
2262
2263                 nft_set_pipapo_match_destroy(ctx, set, m);
2264
2265                 for_each_possible_cpu(cpu)
2266                         pipapo_free_scratch(priv->clone, cpu);
2267                 free_percpu(priv->clone->scratch);
2268
2269                 pipapo_free_fields(priv->clone);
2270                 kfree(priv->clone);
2271                 priv->clone = NULL;
2272         }
2273 }
2274
2275 /**
2276  * nft_pipapo_gc_init() - Initialise garbage collection
2277  * @set:        nftables API set representation
2278  *
2279  * Instead of actually setting up a periodic work for garbage collection, as
2280  * this operation requires a swap of matching data with the working copy, we'll
2281  * do that opportunistically with other commit operations if the interval is
2282  * elapsed, so we just need to set the current jiffies timestamp here.
2283  */
2284 static void nft_pipapo_gc_init(const struct nft_set *set)
2285 {
2286         struct nft_pipapo *priv = nft_set_priv(set);
2287
2288         priv->last_gc = jiffies;
2289 }
2290
2291 const struct nft_set_type nft_set_pipapo_type = {
2292         .features       = NFT_SET_INTERVAL | NFT_SET_MAP | NFT_SET_OBJECT |
2293                           NFT_SET_TIMEOUT,
2294         .ops            = {
2295                 .lookup         = nft_pipapo_lookup,
2296                 .insert         = nft_pipapo_insert,
2297                 .activate       = nft_pipapo_activate,
2298                 .deactivate     = nft_pipapo_deactivate,
2299                 .flush          = nft_pipapo_flush,
2300                 .remove         = nft_pipapo_remove,
2301                 .walk           = nft_pipapo_walk,
2302                 .get            = nft_pipapo_get,
2303                 .privsize       = nft_pipapo_privsize,
2304                 .estimate       = nft_pipapo_estimate,
2305                 .init           = nft_pipapo_init,
2306                 .destroy        = nft_pipapo_destroy,
2307                 .gc_init        = nft_pipapo_gc_init,
2308                 .commit         = nft_pipapo_commit,
2309                 .abort          = nft_pipapo_abort,
2310                 .elemsize       = offsetof(struct nft_pipapo_elem, ext),
2311         },
2312 };
2313
2314 #if defined(CONFIG_X86_64) && !defined(CONFIG_UML)
2315 const struct nft_set_type nft_set_pipapo_avx2_type = {
2316         .features       = NFT_SET_INTERVAL | NFT_SET_MAP | NFT_SET_OBJECT |
2317                           NFT_SET_TIMEOUT,
2318         .ops            = {
2319                 .lookup         = nft_pipapo_avx2_lookup,
2320                 .insert         = nft_pipapo_insert,
2321                 .activate       = nft_pipapo_activate,
2322                 .deactivate     = nft_pipapo_deactivate,
2323                 .flush          = nft_pipapo_flush,
2324                 .remove         = nft_pipapo_remove,
2325                 .walk           = nft_pipapo_walk,
2326                 .get            = nft_pipapo_get,
2327                 .privsize       = nft_pipapo_privsize,
2328                 .estimate       = nft_pipapo_avx2_estimate,
2329                 .init           = nft_pipapo_init,
2330                 .destroy        = nft_pipapo_destroy,
2331                 .gc_init        = nft_pipapo_gc_init,
2332                 .commit         = nft_pipapo_commit,
2333                 .abort          = nft_pipapo_abort,
2334                 .elemsize       = offsetof(struct nft_pipapo_elem, ext),
2335         },
2336 };
2337 #endif