lib/librte_hash/rte_hash.c

   1 /*-
   2  *   BSD LICENSE
   3  *
   4  *   Copyright(c) 2010-2012 Intel Corporation. All rights reserved.
   5  *   All rights reserved.
   6  *
   7  *   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  *   modification, are permitted provided that the following conditions
   9  *   are met:
  10  *
  11  *     * Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  *     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *       notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *       the documentation and/or other materials provided with the
  16  *       distribution.
  17  *     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
  18  *       contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *       from this software without specific prior written permission.
  20  *
  21  *   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  *   "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  *   LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  24  *   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  25  *   OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  26  *   SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  27  *   LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  28  *   DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  29  *   THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  30  *   (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  31  *   OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  */
  34
  35 #include <string.h>
  36 #include <stdint.h>
  37 #include <errno.h>
  38 #include <stdio.h>
  39 #include <stdarg.h>
  40 #include <sys/queue.h>
  41
  42 #include <rte_common.h>
  43 #include <rte_memory.h>         /* for definition of CACHE_LINE_SIZE */
  44 #include <rte_log.h>
  45 #include <rte_memcpy.h>
  46 #include <rte_prefetch.h>
  47 #include <rte_branch_prediction.h>
  48 #include <rte_memzone.h>
  49 #include <rte_malloc.h>
  50 #include <rte_tailq.h>
  51 #include <rte_eal.h>
  52 #include <rte_eal_memconfig.h>
  53 #include <rte_per_lcore.h>
  54 #include <rte_errno.h>
  55 #include <rte_string_fns.h>
  56 #include <rte_cpuflags.h>
  57 #include <rte_log.h>
  58
  59 #include "rte_hash.h"
  60
  61
  62 TAILQ_HEAD(rte_hash_list, rte_hash);
  63
  64 /* Macro to enable/disable run-time checking of function parameters */
  65 #if defined(RTE_LIBRTE_HASH_DEBUG)
  66 #define RETURN_IF_TRUE(cond, retval) do { \
  67         if (cond) return (retval); \
  68 } while (0)
  69 #else
  70 #define RETURN_IF_TRUE(cond, retval)
  71 #endif
  72
  73 /* Hash function used if none is specified */
  74 #ifdef RTE_MACHINE_CPUFLAG_SSE4_2
  75 #include <rte_hash_crc.h>
  76 #define DEFAULT_HASH_FUNC       rte_hash_crc
  77 #else
  78 #include <rte_jhash.h>
  79 #define DEFAULT_HASH_FUNC       rte_jhash
  80 #endif
  81
  82 /* Signature bucket size is a multiple of this value */
  83 #define SIG_BUCKET_ALIGNMENT    16
  84
  85 /* Stoered key size is a multiple of this value */
  86 #define KEY_ALIGNMENT           16
  87
  88 /* The high bit is always set in real signatures */
  89 #define NULL_SIGNATURE          0
  90
  91 /* Returns a pointer to the first signature in specified bucket. */
  92 static inline hash_sig_t *
  93 get_sig_tbl_bucket(const struct rte_hash *h, uint32_t bucket_index)
  94 {
  95         return (hash_sig_t *)
  96                         &(h->sig_tbl[bucket_index * h->sig_tbl_bucket_size]);
  97 }
  98
  99 /* Returns a pointer to the first key in specified bucket. */
 100 static inline uint8_t *
 101 get_key_tbl_bucket(const struct rte_hash *h, uint32_t bucket_index)
 102 {
 103         return (uint8_t *) &(h->key_tbl[bucket_index * h->bucket_entries *
 104                                      h->key_tbl_key_size]);
 105 }
 106
 107 /* Returns a pointer to a key at a specific position in a specified bucket. */
 108 static inline void *
 109 get_key_from_bucket(const struct rte_hash *h, uint8_t *bkt, uint32_t pos)
 110 {
 111         return (void *) &bkt[pos * h->key_tbl_key_size];
 112 }
 113
 114 /* Does integer division with rounding-up of result. */
 115 static inline uint32_t
 116 div_roundup(uint32_t numerator, uint32_t denominator)
 117 {
 118         return (numerator + denominator - 1) / denominator;
 119 }
 120
 121 /* Increases a size (if needed) to a multiple of alignment. */
 122 static inline uint32_t
 123 align_size(uint32_t val, uint32_t alignment)
 124 {
 125         return alignment * div_roundup(val, alignment);
 126 }
 127
 128 /* Returns the index into the bucket of the first occurrence of a signature. */
 129 static inline int
 130 find_first(uint32_t sig, const uint32_t *sig_bucket, uint32_t num_sigs)
 131 {
 132         uint32_t i;
 133         for (i = 0; i < num_sigs; i++) {
 134                 if (sig == sig_bucket[i])
 135                         return i;
 136         }
 137         return -1;
 138 }
 139
 140 struct rte_hash *
 141 rte_hash_find_existing(const char *name)
 142 {
 143         struct rte_hash *h;
 144         struct rte_hash_list *hash_list;
 145
 146         /* check that we have an initialised tail queue */
 147         if ((hash_list = RTE_TAILQ_LOOKUP_BY_IDX(RTE_TAILQ_HASH, rte_hash_list)) == NULL) {
 148                 rte_errno = E_RTE_NO_TAILQ;
 149                 return NULL;
 150         }
 151
 152         TAILQ_FOREACH(h, hash_list, next) {
 153                 if (strncmp(name, h->name, RTE_HASH_NAMESIZE) == 0)
 154                         break;
 155         }
 156         if (h == NULL)
 157                 rte_errno = ENOENT;
 158         return h;
 159 }
 160
 161 struct rte_hash *
 162 rte_hash_create(const struct rte_hash_parameters *params)
 163 {
 164         struct rte_hash *h = NULL;
 165         uint32_t num_buckets, sig_bucket_size, key_size,
 166                 hash_tbl_size, sig_tbl_size, key_tbl_size, mem_size;
 167         char hash_name[RTE_HASH_NAMESIZE];
 168         struct rte_hash_list *hash_list;
 169
 170         /* check that we have an initialised tail queue */
 171         if ((hash_list =
 172              RTE_TAILQ_LOOKUP_BY_IDX(RTE_TAILQ_HASH, rte_hash_list)) == NULL) {
 173                 rte_errno = E_RTE_NO_TAILQ;
 174                 return NULL;
 175         }
 176
 177         /* Check for valid parameters */
 178         if ((params == NULL) ||
 179                         (params->entries > RTE_HASH_ENTRIES_MAX) ||
 180                         (params->bucket_entries > RTE_HASH_BUCKET_ENTRIES_MAX) ||
 181                         (params->entries < params->bucket_entries) ||
 182                         !rte_is_power_of_2(params->entries) ||
 183                         !rte_is_power_of_2(params->bucket_entries) ||
 184                         (params->key_len == 0) ||
 185                         (params->key_len > RTE_HASH_KEY_LENGTH_MAX)) {
 186                 rte_errno = EINVAL;
 187                 RTE_LOG(ERR, HASH, "rte_hash_create has invalid parameters\n");
 188                 return NULL;
 189         }
 190
 191         rte_snprintf(hash_name, sizeof(hash_name), "HT_%s", params->name);
 192
 193         /* Calculate hash dimensions */
 194         num_buckets = params->entries / params->bucket_entries;
 195         sig_bucket_size = align_size(params->bucket_entries *
 196                                      sizeof(hash_sig_t), SIG_BUCKET_ALIGNMENT);
 197         key_size =  align_size(params->key_len, KEY_ALIGNMENT);
 198
 199         hash_tbl_size = align_size(sizeof(struct rte_hash), CACHE_LINE_SIZE);
 200         sig_tbl_size = align_size(num_buckets * sig_bucket_size,
 201                                   CACHE_LINE_SIZE);
 202         key_tbl_size = align_size(num_buckets * key_size *
 203                                   params->bucket_entries, CACHE_LINE_SIZE);
 204
 205         /* Total memory required for hash context */
 206         mem_size = hash_tbl_size + sig_tbl_size + key_tbl_size;
 207
 208         /* guarantee there's no existing */
 209         TAILQ_FOREACH(h, hash_list, next) {
 210                 if (strncmp(params->name, h->name, RTE_HASH_NAMESIZE) == 0)
 211                         break;
 212         }
 213         if (h != NULL)
 214                 return NULL;
 215
 216         h = (struct rte_hash *)rte_zmalloc(hash_name, mem_size,
 217                                            CACHE_LINE_SIZE);
 218         if (h == NULL) {
 219                 RTE_LOG(ERR, HASH, "memory allocation failed\n");
 220                 return NULL;
 221         }
 222
 223         /* Setup hash context */
 224         rte_snprintf(h->name, sizeof(h->name), "%s", params->name);
 225         h->entries = params->entries;
 226         h->bucket_entries = params->bucket_entries;
 227         h->key_len = params->key_len;
 228         h->hash_func_init_val = params->hash_func_init_val;
 229         h->num_buckets = num_buckets;
 230         h->bucket_bitmask = h->num_buckets - 1;
 231         h->sig_msb = 1 << (sizeof(hash_sig_t) * 8 - 1);
 232         h->sig_tbl = (uint8_t *)h + hash_tbl_size;
 233         h->sig_tbl_bucket_size = sig_bucket_size;
 234         h->key_tbl = h->sig_tbl + sig_tbl_size;
 235         h->key_tbl_key_size = key_size;
 236         h->hash_func = (params->hash_func == NULL) ?
 237                 DEFAULT_HASH_FUNC : params->hash_func;
 238
 239         TAILQ_INSERT_TAIL(hash_list, h, next);
 240         return h;
 241 }
 242
 243 void
 244 rte_hash_free(struct rte_hash *h)
 245 {
 246         if (h == NULL)
 247                 return;
 248
 249         RTE_EAL_TAILQ_REMOVE(RTE_TAILQ_HASH, rte_hash_list, h);
 250         rte_free(h);
 251 }
 252
 253 int32_t
 254 rte_hash_add_key(const struct rte_hash *h, const void *key)
 255 {
 256         hash_sig_t sig, *sig_bucket;
 257         uint8_t *key_bucket;
 258         uint32_t bucket_index, i;
 259         int32_t pos;
 260
 261         RETURN_IF_TRUE(((h == NULL) || (key == NULL)), -EINVAL);
 262
 263         /* Get the hash signature and bucket index */
 264         sig = h->hash_func(key, h->key_len, h->hash_func_init_val) | h->sig_msb;
 265         bucket_index = sig & h->bucket_bitmask;
 266         sig_bucket = get_sig_tbl_bucket(h, bucket_index);
 267         key_bucket = get_key_tbl_bucket(h, bucket_index);
 268
 269         /* Check if key is already present in the hash */
 270         for (i = 0; i < h->bucket_entries; i++) {
 271                 if ((sig == sig_bucket[i]) &&
 272                     likely(memcmp(key, get_key_from_bucket(h, key_bucket, i),
 273                                   h->key_len) == 0)) {
 274                         return bucket_index * h->bucket_entries + i;
 275                 }
 276         }
 277
 278         /* Check if any free slot within the bucket to add the new key */
 279         pos = find_first(NULL_SIGNATURE, sig_bucket, h->bucket_entries);
 280
 281         if (unlikely(pos < 0))
 282                 return -ENOSPC;
 283
 284         /* Add the new key to the bucket */
 285         sig_bucket[pos] = sig;
 286         rte_memcpy(get_key_from_bucket(h, key_bucket, pos), key, h->key_len);
 287         return bucket_index * h->bucket_entries + pos;
 288 }
 289
 290 int32_t
 291 rte_hash_del_key(const struct rte_hash *h, const void *key)
 292 {
 293         hash_sig_t sig, *sig_bucket;
 294         uint8_t *key_bucket;
 295         uint32_t bucket_index, i;
 296
 297         RETURN_IF_TRUE(((h == NULL) || (key == NULL)), -EINVAL);
 298
 299         /* Get the hash signature and bucket index */
 300         sig = h->hash_func(key, h->key_len, h->hash_func_init_val) | h->sig_msb;
 301         bucket_index = sig & h->bucket_bitmask;
 302         sig_bucket = get_sig_tbl_bucket(h, bucket_index);
 303         key_bucket = get_key_tbl_bucket(h, bucket_index);
 304
 305         /* Check if key is already present in the hash */
 306         for (i = 0; i < h->bucket_entries; i++) {
 307                 if ((sig == sig_bucket[i]) &&
 308                     likely(memcmp(key, get_key_from_bucket(h, key_bucket, i),
 309                                   h->key_len) == 0)) {
 310                         sig_bucket[i] = NULL_SIGNATURE;
 311                         return bucket_index * h->bucket_entries + i;
 312                 }
 313         }
 314
 315         return -ENOENT;
 316 }
 317
 318 int32_t
 319 rte_hash_lookup(const struct rte_hash *h, const void *key)
 320 {
 321         hash_sig_t sig, *sig_bucket;
 322         uint8_t *key_bucket;
 323         uint32_t bucket_index, i;
 324
 325         RETURN_IF_TRUE(((h == NULL) || (key == NULL)), -EINVAL);
 326
 327         /* Get the hash signature and bucket index */
 328         sig = h->hash_func(key, h->key_len, h->hash_func_init_val) | h->sig_msb;
 329         bucket_index = sig & h->bucket_bitmask;
 330         sig_bucket = get_sig_tbl_bucket(h, bucket_index);
 331         key_bucket = get_key_tbl_bucket(h, bucket_index);
 332
 333         /* Check if key is already present in the hash */
 334         for (i = 0; i < h->bucket_entries; i++) {
 335                 if ((sig == sig_bucket[i]) &&
 336                     likely(memcmp(key, get_key_from_bucket(h, key_bucket, i),
 337                                   h->key_len) == 0)) {
 338                         return bucket_index * h->bucket_entries + i;
 339                 }
 340         }
 341
 342         return -ENOENT;
 343 }
 344
 345 int
 346 rte_hash_lookup_multi(const struct rte_hash *h, const void **keys,
 347                       uint32_t num_keys, int32_t *positions)
 348 {
 349         uint32_t i, j, bucket_index;
 350         hash_sig_t sigs[RTE_HASH_LOOKUP_MULTI_MAX];
 351
 352         RETURN_IF_TRUE(((h == NULL) || (keys == NULL) || (num_keys == 0) ||
 353                         (num_keys > RTE_HASH_LOOKUP_MULTI_MAX) ||
 354                         (positions == NULL)), -EINVAL);
 355
 356         /* Get the hash signature and bucket index */
 357         for (i = 0; i < num_keys; i++) {
 358                 sigs[i] = h->hash_func(keys[i], h->key_len,
 359                                 h->hash_func_init_val) | h->sig_msb;
 360                 bucket_index = sigs[i] & h->bucket_bitmask;
 361
 362                 /* Pre-fetch relevant buckets */
 363                 rte_prefetch1((void *) get_sig_tbl_bucket(h, bucket_index));
 364                 rte_prefetch1((void *) get_key_tbl_bucket(h, bucket_index));
 365         }
 366
 367         /* Check if key is already present in the hash */
 368         for (i = 0; i < num_keys; i++) {
 369                 bucket_index = sigs[i] & h->bucket_bitmask;
 370                 hash_sig_t *sig_bucket = get_sig_tbl_bucket(h, bucket_index);
 371                 uint8_t *key_bucket = get_key_tbl_bucket(h, bucket_index);
 372
 373                 positions[i] = -ENOENT;
 374
 375                 for (j = 0; j < h->bucket_entries; j++) {
 376                         if ((sigs[i] == sig_bucket[j]) &&
 377                             likely(memcmp(keys[i],
 378                                           get_key_from_bucket(h, key_bucket, j),
 379                                           h->key_len) == 0)) {
 380                                 positions[i] = bucket_index *
 381                                         h->bucket_entries + j;
 382                                 break;
 383                         }
 384                 }
 385         }
 386
 387         return 0;
 388 }