lib/librte_lpm/rte_lpm.h

   1 /*-
   2  *   BSD LICENSE
   3  *
   4  *   Copyright(c) 2010-2014 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 #ifndef _RTE_LPM_H_
  35 #define _RTE_LPM_H_
  36
  37 /**
  38  * @file
  39  * RTE Longest Prefix Match (LPM)
  40  */
  41
  42 #include <errno.h>
  43 #include <sys/queue.h>
  44 #include <stdint.h>
  45 #include <stdlib.h>
  46 #include <rte_branch_prediction.h>
  47 #include <rte_memory.h>
  48 #include <rte_common.h>
  49 #include <rte_common_vect.h>
  50
  51 #ifdef __cplusplus
  52 extern "C" {
  53 #endif
  54
  55 /** Max number of characters in LPM name. */
  56 #define RTE_LPM_NAMESIZE                32
  57
  58 /** @deprecated Possible location to allocate memory. This was for last
  59  * parameter of rte_lpm_create(), but is now redundant. The LPM table is always
  60  * allocated in memory using librte_malloc which uses a memzone. */
  61 #define RTE_LPM_HEAP                    0
  62
  63 /** @deprecated Possible location to allocate memory. This was for last
  64  * parameter of rte_lpm_create(), but is now redundant. The LPM table is always
  65  * allocated in memory using librte_malloc which uses a memzone. */
  66 #define RTE_LPM_MEMZONE                 1
  67
  68 /** Maximum depth value possible for IPv4 LPM. */
  69 #define RTE_LPM_MAX_DEPTH               32
  70
  71 /** @internal Total number of tbl24 entries. */
  72 #define RTE_LPM_TBL24_NUM_ENTRIES       (1 << 24)
  73
  74 /** @internal Number of entries in a tbl8 group. */
  75 #define RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES  256
  76
  77 /** @internal Total number of tbl8 groups in the tbl8. */
  78 #define RTE_LPM_TBL8_NUM_GROUPS         256
  79
  80 /** @internal Total number of tbl8 entries. */
  81 #define RTE_LPM_TBL8_NUM_ENTRIES        (RTE_LPM_TBL8_NUM_GROUPS * \
  82                                         RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES)
  83
  84 /** @internal Macro to enable/disable run-time checks. */
  85 #if defined(RTE_LIBRTE_LPM_DEBUG)
  86 #define RTE_LPM_RETURN_IF_TRUE(cond, retval) do { \
  87         if (cond) return (retval);                \
  88 } while (0)
  89 #else
  90 #define RTE_LPM_RETURN_IF_TRUE(cond, retval)
  91 #endif
  92
  93 /** @internal bitmask with valid and ext_entry/valid_group fields set */
  94 #define RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK 0x0300
  95
  96 /** Bitmask used to indicate successful lookup */
  97 #define RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS          0x0100
  98
  99 /** @internal Tbl24 entry structure. */
 100 struct rte_lpm_tbl24_entry {
 101         /* Stores Next hop or group index (i.e. gindex)into tbl8. */
 102         union {
 103                 uint8_t next_hop;
 104                 uint8_t tbl8_gindex;
 105         };
 106         /* Using single uint8_t to store 3 values. */
 107         uint8_t valid     :1; /**< Validation flag. */
 108         uint8_t ext_entry :1; /**< External entry. */
 109         uint8_t depth     :6; /**< Rule depth. */
 110 };
 111
 112 /** @internal Tbl8 entry structure. */
 113 struct rte_lpm_tbl8_entry {
 114         uint8_t next_hop; /**< next hop. */
 115         /* Using single uint8_t to store 3 values. */
 116         uint8_t valid       :1; /**< Validation flag. */
 117         uint8_t valid_group :1; /**< Group validation flag. */
 118         uint8_t depth       :6; /**< Rule depth. */
 119 };
 120
 121 /** @internal Rule structure. */
 122 struct rte_lpm_rule {
 123         uint32_t ip; /**< Rule IP address. */
 124         uint8_t  next_hop; /**< Rule next hop. */
 125 };
 126
 127 /** @internal Contains metadata about the rules table. */
 128 struct rte_lpm_rule_info {
 129         uint32_t used_rules; /**< Used rules so far. */
 130         uint32_t first_rule; /**< Indexes the first rule of a given depth. */
 131 };
 132
 133 /** @internal LPM structure. */
 134 struct rte_lpm {
 135         TAILQ_ENTRY(rte_lpm) next;      /**< Next in list. */
 136
 137         /* LPM metadata. */
 138         char name[RTE_LPM_NAMESIZE];        /**< Name of the lpm. */
 139         int mem_location; /**< @deprecated @see RTE_LPM_HEAP and RTE_LPM_MEMZONE. */
 140         uint32_t max_rules; /**< Max. balanced rules per lpm. */
 141         struct rte_lpm_rule_info rule_info[RTE_LPM_MAX_DEPTH]; /**< Rule info table. */
 142
 143         /* LPM Tables. */
 144         struct rte_lpm_tbl24_entry tbl24[RTE_LPM_TBL24_NUM_ENTRIES] \
 145                         __rte_cache_aligned; /**< LPM tbl24 table. */
 146         struct rte_lpm_tbl8_entry tbl8[RTE_LPM_TBL8_NUM_ENTRIES] \
 147                         __rte_cache_aligned; /**< LPM tbl8 table. */
 148         struct rte_lpm_rule rules_tbl[0] \
 149                         __rte_cache_aligned; /**< LPM rules. */
 150 };
 151
 152 /**
 153  * Create an LPM object.
 154  *
 155  * @param name
 156  *   LPM object name
 157  * @param socket_id
 158  *   NUMA socket ID for LPM table memory allocation
 159  * @param max_rules
 160  *   Maximum number of LPM rules that can be added
 161  * @param flags
 162  *   This parameter is currently unused
 163  * @return
 164  *   Handle to LPM object on success, NULL otherwise with rte_errno set
 165  *   to an appropriate values. Possible rte_errno values include:
 166  *    - E_RTE_NO_CONFIG - function could not get pointer to rte_config structure
 167  *    - E_RTE_SECONDARY - function was called from a secondary process instance
 168  *    - E_RTE_NO_TAILQ - no tailq list could be got for the lpm object list
 169  *    - EINVAL - invalid parameter passed to function
 170  *    - ENOSPC - the maximum number of memzones has already been allocated
 171  *    - EEXIST - a memzone with the same name already exists
 172  *    - ENOMEM - no appropriate memory area found in which to create memzone
 173  */
 174 struct rte_lpm *
 175 rte_lpm_create(const char *name, int socket_id, int max_rules, int flags);
 176
 177 /**
 178  * Find an existing LPM object and return a pointer to it.
 179  *
 180  * @param name
 181  *   Name of the lpm object as passed to rte_lpm_create()
 182  * @return
 183  *   Pointer to lpm object or NULL if object not found with rte_errno
 184  *   set appropriately. Possible rte_errno values include:
 185  *    - ENOENT - required entry not available to return.
 186  */
 187 struct rte_lpm *
 188 rte_lpm_find_existing(const char *name);
 189
 190 /**
 191  * Free an LPM object.
 192  *
 193  * @param lpm
 194  *   LPM object handle
 195  * @return
 196  *   None
 197  */
 198 void
 199 rte_lpm_free(struct rte_lpm *lpm);
 200
 201 /**
 202  * Add a rule to the LPM table.
 203  *
 204  * @param lpm
 205  *   LPM object handle
 206  * @param ip
 207  *   IP of the rule to be added to the LPM table
 208  * @param depth
 209  *   Depth of the rule to be added to the LPM table
 210  * @param next_hop
 211  *   Next hop of the rule to be added to the LPM table
 212  * @return
 213  *   0 on success, negative value otherwise
 214  */
 215 int
 216 rte_lpm_add(struct rte_lpm *lpm, uint32_t ip, uint8_t depth, uint8_t next_hop);
 217
 218 /**
 219  * Delete a rule from the LPM table.
 220  *
 221  * @param lpm
 222  *   LPM object handle
 223  * @param ip
 224  *   IP of the rule to be deleted from the LPM table
 225  * @param depth
 226  *   Depth of the rule to be deleted from the LPM table
 227  * @return
 228  *   0 on success, negative value otherwise
 229  */
 230 int
 231 rte_lpm_delete(struct rte_lpm *lpm, uint32_t ip, uint8_t depth);
 232
 233 /**
 234  * Delete all rules from the LPM table.
 235  *
 236  * @param lpm
 237  *   LPM object handle
 238  */
 239 void
 240 rte_lpm_delete_all(struct rte_lpm *lpm);
 241
 242 /**
 243  * Lookup an IP into the LPM table.
 244  *
 245  * @param lpm
 246  *   LPM object handle
 247  * @param ip
 248  *   IP to be looked up in the LPM table
 249  * @param next_hop
 250  *   Next hop of the most specific rule found for IP (valid on lookup hit only)
 251  * @return
 252  *   -EINVAL for incorrect arguments, -ENOENT on lookup miss, 0 on lookup hit
 253  */
 254 static inline int
 255 rte_lpm_lookup(struct rte_lpm *lpm, uint32_t ip, uint8_t *next_hop)
 256 {
 257         unsigned tbl24_index = (ip >> 8);
 258         uint16_t tbl_entry;
 259
 260         /* DEBUG: Check user input arguments. */
 261         RTE_LPM_RETURN_IF_TRUE(((lpm == NULL) || (next_hop == NULL)), -EINVAL);
 262
 263         /* Copy tbl24 entry */
 264         tbl_entry = *(const uint16_t *)&lpm->tbl24[tbl24_index];
 265
 266         /* Copy tbl8 entry (only if needed) */
 267         if (unlikely((tbl_entry & RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK) ==
 268                         RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK)) {
 269
 270                 unsigned tbl8_index = (uint8_t)ip +
 271                                 ((uint8_t)tbl_entry * RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES);
 272
 273                 tbl_entry = *(const uint16_t *)&lpm->tbl8[tbl8_index];
 274         }
 275
 276         *next_hop = (uint8_t)tbl_entry;
 277         return (tbl_entry & RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS) ? 0 : -ENOENT;
 278 }
 279
 280 /**
 281  * Lookup multiple IP addresses in an LPM table. This may be implemented as a
 282  * macro, so the address of the function should not be used.
 283  *
 284  * @param lpm
 285  *   LPM object handle
 286  * @param ips
 287  *   Array of IPs to be looked up in the LPM table
 288  * @param next_hops
 289  *   Next hop of the most specific rule found for IP (valid on lookup hit only).
 290  *   This is an array of two byte values. The most significant byte in each
 291  *   value says whether the lookup was successful (bitmask
 292  *   RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS is set). The least significant byte is the
 293  *   actual next hop.
 294  * @param n
 295  *   Number of elements in ips (and next_hops) array to lookup. This should be a
 296  *   compile time constant, and divisible by 8 for best performance.
 297  *  @return
 298  *   -EINVAL for incorrect arguments, otherwise 0
 299  */
 300 #define rte_lpm_lookup_bulk(lpm, ips, next_hops, n) \
 301                 rte_lpm_lookup_bulk_func(lpm, ips, next_hops, n)
 302
 303 static inline int
 304 rte_lpm_lookup_bulk_func(const struct rte_lpm *lpm, const uint32_t * ips,
 305                 uint16_t * next_hops, const unsigned n)
 306 {
 307         unsigned i;
 308         unsigned tbl24_indexes[n];
 309
 310         /* DEBUG: Check user input arguments. */
 311         RTE_LPM_RETURN_IF_TRUE(((lpm == NULL) || (ips == NULL) ||
 312                         (next_hops == NULL)), -EINVAL);
 313
 314         for (i = 0; i < n; i++) {
 315                 tbl24_indexes[i] = ips[i] >> 8;
 316         }
 317
 318         for (i = 0; i < n; i++) {
 319                 /* Simply copy tbl24 entry to output */
 320                 next_hops[i] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl24[tbl24_indexes[i]];
 321
 322                 /* Overwrite output with tbl8 entry if needed */
 323                 if (unlikely((next_hops[i] & RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK) ==
 324                                 RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK)) {
 325
 326                         unsigned tbl8_index = (uint8_t)ips[i] +
 327                                         ((uint8_t)next_hops[i] *
 328                                          RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES);
 329
 330                         next_hops[i] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl8[tbl8_index];
 331                 }
 332         }
 333         return 0;
 334 }
 335
 336 /* Mask four results. */
 337 #define  RTE_LPM_MASKX4_RES     UINT64_C(0x00ff00ff00ff00ff)
 338
 339 /**
 340  * Lookup four IP addresses in an LPM table.
 341  *
 342  * @param lpm
 343  *   LPM object handle
 344  * @param ip
 345  *   Four IPs to be looked up in the LPM table
 346  * @param hop
 347  *   Next hop of the most specific rule found for IP (valid on lookup hit only).
 348  *   This is an 4 elements array of two byte values.
 349  *   If the lookup was succesfull for the given IP, then least significant byte
 350  *   of the corresponding element is the  actual next hop and the most
 351  *   significant byte is zero.
 352  *   If the lookup for the given IP failed, then corresponding element would
 353  *   contain default value, see description of then next parameter.
 354  * @param defv
 355  *   Default value to populate into corresponding element of hop[] array,
 356  *   if lookup would fail.
 357  */
 358 static inline void
 359 rte_lpm_lookupx4(const struct rte_lpm *lpm, __m128i ip, uint16_t hop[4],
 360         uint16_t defv)
 361 {
 362         __m128i i24;
 363         rte_xmm_t i8;
 364         uint16_t tbl[4];
 365         uint64_t idx, pt;
 366
 367         const __m128i mask8 =
 368                 _mm_set_epi32(UINT8_MAX, UINT8_MAX, UINT8_MAX, UINT8_MAX);
 369
 370         /*
 371          * RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK for 4 LPM entries
 372          * as one 64-bit value (0x0300030003000300).
 373          */
 374         const uint64_t mask_xv =
 375                 ((uint64_t)RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK |
 376                 (uint64_t)RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK << 16 |
 377                 (uint64_t)RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK << 32 |
 378                 (uint64_t)RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK << 48);
 379
 380         /*
 381          * RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS for 4 LPM entries
 382          * as one 64-bit value (0x0100010001000100).
 383          */
 384         const uint64_t mask_v =
 385                 ((uint64_t)RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS |
 386                 (uint64_t)RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS << 16 |
 387                 (uint64_t)RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS << 32 |
 388                 (uint64_t)RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS << 48);
 389
 390         /* get 4 indexes for tbl24[]. */
 391         i24 = _mm_srli_epi32(ip, CHAR_BIT);
 392
 393         /* extract values from tbl24[] */
 394         idx = _mm_cvtsi128_si64(i24);
 395         i24 = _mm_srli_si128(i24, sizeof(uint64_t));
 396
 397         tbl[0] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl24[(uint32_t)idx];
 398         tbl[1] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl24[idx >> 32];
 399
 400         idx = _mm_cvtsi128_si64(i24);
 401
 402         tbl[2] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl24[(uint32_t)idx];
 403         tbl[3] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl24[idx >> 32];
 404
 405         /* get 4 indexes for tbl8[]. */
 406         i8.m = _mm_and_si128(ip, mask8);
 407
 408         pt = (uint64_t)tbl[0] |
 409                 (uint64_t)tbl[1] << 16 |
 410                 (uint64_t)tbl[2] << 32 |
 411                 (uint64_t)tbl[3] << 48;
 412
 413         /* search successfully finished for all 4 IP addresses. */
 414         if (likely((pt & mask_xv) == mask_v)) {
 415                 uintptr_t ph = (uintptr_t)hop;
 416                 *(uint64_t *)ph = pt & RTE_LPM_MASKX4_RES;
 417                 return;
 418         }
 419
 420         if (unlikely((pt & RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK) ==
 421                         RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK)) {
 422                 i8.u32[0] = i8.u32[0] +
 423                         (uint8_t)tbl[0] * RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES;
 424                 tbl[0] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl8[i8.u32[0]];
 425         }
 426         if (unlikely((pt >> 16 & RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK) ==
 427                         RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK)) {
 428                 i8.u32[1] = i8.u32[1] +
 429                         (uint8_t)tbl[1] * RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES;
 430                 tbl[1] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl8[i8.u32[1]];
 431         }
 432         if (unlikely((pt >> 32 & RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK) ==
 433                         RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK)) {
 434                 i8.u32[2] = i8.u32[2] +
 435                         (uint8_t)tbl[2] * RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES;
 436                 tbl[2] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl8[i8.u32[2]];
 437         }
 438         if (unlikely((pt >> 48 & RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK) ==
 439                         RTE_LPM_VALID_EXT_ENTRY_BITMASK)) {
 440                 i8.u32[3] = i8.u32[3] +
 441                         (uint8_t)tbl[3] * RTE_LPM_TBL8_GROUP_NUM_ENTRIES;
 442                 tbl[3] = *(const uint16_t *)&lpm->tbl8[i8.u32[3]];
 443         }
 444
 445         hop[0] = (tbl[0] & RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS) ? (uint8_t)tbl[0] : defv;
 446         hop[1] = (tbl[1] & RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS) ? (uint8_t)tbl[1] : defv;
 447         hop[2] = (tbl[2] & RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS) ? (uint8_t)tbl[2] : defv;
 448         hop[3] = (tbl[3] & RTE_LPM_LOOKUP_SUCCESS) ? (uint8_t)tbl[3] : defv;
 449 }
 450
 451 #ifdef __cplusplus
 452 }
 453 #endif
 454
 455 #endif /* _RTE_LPM_H_ */