New upstream version 17.11-rc3
[deb_dpdk.git] / lib / librte_member / rte_member.h
diff --git a/lib/librte_member/rte_member.h b/lib/librte_member/rte_member.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..9b0c8f9
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,513 @@
+/*-
+ *   BSD LICENSE
+ *
+ *   Copyright(c) 2017 Intel Corporation. All rights reserved.
+ *   All rights reserved.
+ *
+ *   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+ *   modification, are permitted provided that the following conditions
+ *   are met:
+ *
+ *     * Redistributions of source code must retain the above copyright
+ *       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+ *     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+ *       notice, this list of conditions and the following disclaimer in
+ *       the documentation and/or other materials provided with the
+ *       distribution.
+ *     * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
+ *       contributors may be used to endorse or promote products derived
+ *       from this software without specific prior written permission.
+ *
+ *   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
+ *   "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
+ *   LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
+ *   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
+ *   OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
+ *   SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
+ *   LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
+ *   DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
+ *   THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
+ *   (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
+ *   OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+ */
+
+/**
+ * @file
+ *
+ * RTE Membership Library
+ *
+ * The Membership Library is an extension and generalization of a traditional
+ * filter (for example Bloom Filter and cuckoo filter) structure that has
+ * multiple usages in a variety of workloads and applications. The library is
+ * used to test if a key belongs to certain sets. Two types of such
+ * "set-summary" structures are implemented: hash-table based (HT) and vector
+ * bloom filter (vBF). For HT setsummary, two subtypes or modes are available,
+ * cache and non-cache modes. The table below summarize some properties of
+ * the different implementations.
+ *
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ */
+
+/**
+ * <!--
+ * +==========+=====================+================+=========================+
+ * |   type   |      vbf            |     HT-cache   |     HT-non-cache        |
+ * +==========+=====================+==========================================+
+ * |structure |  bloom-filter array |  hash-table like without storing key     |
+ * +----------+---------------------+------------------------------------------+
+ * |set id    | limited by bf count |           [1, 0x7fff]                    |
+ * |          | up to 32.           |                                          |
+ * +----------+---------------------+------------------------------------------+
+ * |usages &  | small set range,    | can delete,    | cache most recent keys, |
+ * |properties| user-specified      | big set range, | have both false-positive|
+ * |          | false-positive rate,| small false    | and false-negative      |
+ * |          | no deletion support.| positive depend| depend on table size,   |
+ * |          |                     | on table size, | automatic overwritten.  |
+ * |          |                     | new key does   |                         |
+ * |          |                     | not overwrite  |                         |
+ * |          |                     | existing key.  |                         |
+ * +----------+---------------------+----------------+-------------------------+
+ * -->
+ */
+
+#ifndef _RTE_MEMBER_H_
+#define _RTE_MEMBER_H_
+
+#ifdef __cplusplus
+extern "C" {
+#endif
+
+#include <stdint.h>
+
+/** The set ID type that stored internally in hash table based set summary. */
+typedef uint16_t member_set_t;
+/** Invalid set ID used to mean no match found. */
+#define RTE_MEMBER_NO_MATCH 0
+/** Maximum size of hash table that can be created. */
+#define RTE_MEMBER_ENTRIES_MAX (1 << 30)
+/** Maximum number of keys that can be searched as a bulk */
+#define RTE_MEMBER_LOOKUP_BULK_MAX 64
+/** Entry count per bucket in hash table based mode. */
+#define RTE_MEMBER_BUCKET_ENTRIES 16
+/** Maximum number of characters in setsum name. */
+#define RTE_MEMBER_NAMESIZE 32
+
+/** @internal Hash function used by membership library. */
+#if defined(RTE_ARCH_X86) || defined(RTE_MACHINE_CPUFLAG_CRC32)
+#include <rte_hash_crc.h>
+#define MEMBER_HASH_FUNC       rte_hash_crc
+#else
+#include <rte_jhash.h>
+#define MEMBER_HASH_FUNC       rte_jhash
+#endif
+
+extern int librte_member_logtype;
+
+#define RTE_MEMBER_LOG(level, fmt, args...) \
+rte_log(RTE_LOG_ ## level, librte_member_logtype, "%s(): " fmt, \
+       __func__, ## args)
+
+/** @internal setsummary structure. */
+struct rte_member_setsum;
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Parameter struct used to create set summary
+ */
+struct rte_member_parameters;
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Define different set summary types
+ */
+enum rte_member_setsum_type {
+       RTE_MEMBER_TYPE_HT = 0,  /**< Hash table based set summary. */
+       RTE_MEMBER_TYPE_VBF,     /**< Vector of bloom filters. */
+       RTE_MEMBER_NUM_TYPE
+};
+
+/** @internal compare function for different arch. */
+enum rte_member_sig_compare_function {
+       RTE_MEMBER_COMPARE_SCALAR = 0,
+       RTE_MEMBER_COMPARE_AVX2,
+       RTE_MEMBER_COMPARE_NUM
+};
+
+/** @internal setsummary structure. */
+struct rte_member_setsum {
+       enum rte_member_setsum_type type; /* Type of the set summary. */
+       uint32_t key_len;               /* Length of key. */
+       uint32_t prim_hash_seed;        /* Primary hash function seed. */
+       uint32_t sec_hash_seed;         /* Secondary hash function seed. */
+
+       /* Hash table based. */
+       uint32_t bucket_cnt;            /* Number of buckets. */
+       uint32_t bucket_mask;           /* Bit mask to get bucket index. */
+       /* For runtime selecting AVX, scalar, etc for signature comparison. */
+       enum rte_member_sig_compare_function sig_cmp_fn;
+       uint8_t cache;                  /* If it is cache mode for ht based. */
+
+       /* Vector bloom filter. */
+       uint32_t num_set;               /* Number of set (bf) in vbf. */
+       uint32_t bits;                  /* Number of bits in each bf. */
+       uint32_t bit_mask;      /* Bit mask to get bit location in bf. */
+       uint32_t num_hashes;    /* Number of hash values to index bf. */
+
+       uint32_t mul_shift;  /* vbf internal variable used during bit test. */
+       uint32_t div_shift;  /* vbf internal variable used during bit test. */
+
+       void *table;    /* This is the handler of hash table or vBF array. */
+
+
+       /* Second cache line should start here. */
+       uint32_t socket_id;          /* NUMA Socket ID for memory. */
+       char name[RTE_MEMBER_NAMESIZE]; /* Name of this set summary. */
+} __rte_cache_aligned;
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Parameters used when create the set summary table. Currently user can
+ * specify two types of setsummary: HT based and vBF. For HT based, user can
+ * specify cache or non-cache mode. Here is a table to describe some differences
+ *
+ */
+struct rte_member_parameters {
+       const char *name;                       /**< Name of the hash. */
+
+       /**
+        * User to specify the type of the setsummary from one of
+        * rte_member_setsum_type.
+        *
+        * HT based setsummary is implemented like a hash table. User should use
+        * this type when there are many sets.
+        *
+        * vBF setsummary is a vector of bloom filters. It is used when number
+        * of sets is not big (less than 32 for current implementation).
+        */
+       enum rte_member_setsum_type type;
+
+       /**
+        * is_cache is only used for HT based setsummary.
+        *
+        * If it is HT based setsummary, user to specify the subtype or mode
+        * of the setsummary. It could be cache, or non-cache mode.
+        * Set is_cache to be 1 if to use as cache mode.
+        *
+        * For cache mode, keys can be evicted out of the HT setsummary. Keys
+        * with the same signature and map to the same bucket
+        * will overwrite each other in the setsummary table.
+        * This mode is useful for the case that the set-summary only
+        * needs to keep record of the recently inserted keys. Both
+        * false-negative and false-positive could happen.
+        *
+        * For non-cache mode, keys cannot be evicted out of the cache. So for
+        * this mode the setsummary will become full eventually. Keys with the
+        * same signature but map to the same bucket will still occupy multiple
+        * entries. This mode does not give false-negative result.
+        */
+       uint8_t is_cache;
+
+       /**
+        * For HT setsummary, num_keys equals to the number of entries of the
+        * table. When the number of keys inserted in the HT setsummary
+        * approaches this number, eviction could happen. For cache mode,
+        * keys could be evicted out of the table. For non-cache mode, keys will
+        * be evicted to other buckets like cuckoo hash. The table will also
+        * likely to become full before the number of inserted keys equal to the
+        * total number of entries.
+        *
+        * For vBF, num_keys equal to the expected number of keys that will
+        * be inserted into the vBF. The implementation assumes the keys are
+        * evenly distributed to each BF in vBF. This is used to calculate the
+        * number of bits we need for each BF. User does not specify the size of
+        * each BF directly because the optimal size depends on the num_keys
+        * and false positive rate.
+        */
+       uint32_t num_keys;
+
+       /**
+        * The length of key is used for hash calculation. Since key is not
+        * stored in set-summary, large key does not require more memory space.
+        */
+       uint32_t key_len;
+
+       /**
+        * num_set is only used for vBF, but not used for HT setsummary.
+        *
+        * num_set is equal to the number of BFs in vBF. For current
+        * implementation, it only supports 1,2,4,8,16,32 BFs in one vBF set
+        * summary. If other number of sets are needed, for example 5, the user
+        * should allocate the minimum available value that larger than 5,
+        * which is 8.
+        */
+       uint32_t num_set;
+
+       /**
+        * false_positive_rate is only used for vBF, but not used for HT
+        * setsummary.
+        *
+        * For vBF, false_positive_rate is the user-defined false positive rate
+        * given expected number of inserted keys (num_keys). It is used to
+        * calculate the total number of bits for each BF, and the number of
+        * hash values used during lookup and insertion. For details please
+        * refer to vBF implementation and membership library documentation.
+        *
+        * For HT, This parameter is not directly set by users.
+        * HT setsummary's false positive rate is in the order of:
+        * false_pos = (1/bucket_count)*(1/2^16), since we use 16-bit signature.
+        * This is because two keys needs to map to same bucket and same
+        * signature to have a collision (false positive). bucket_count is equal
+        * to number of entries (num_keys) divided by entry count per bucket
+        * (RTE_MEMBER_BUCKET_ENTRIES). Thus, the false_positive_rate is not
+        * directly set by users for HT mode.
+        */
+       float false_positive_rate;
+
+       /**
+        * We use two seeds to calculate two independent hashes for each key.
+        *
+        * For HT type, one hash is used as signature, and the other is used
+        * for bucket location.
+        * For vBF type, these two hashes and their combinations are used as
+        * hash locations to index the bit array.
+        */
+       uint32_t prim_hash_seed;
+
+       /**
+        * The secondary seed should be a different value from the primary seed.
+        */
+       uint32_t sec_hash_seed;
+
+       int socket_id;                  /**< NUMA Socket ID for memory. */
+};
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Find an existing set-summary and return a pointer to it.
+ *
+ * @param name
+ *   Name of the set-summary.
+ * @return
+ *   Pointer to the set-summary or NULL if object not found
+ *   with rte_errno set appropriately. Possible rte_errno values include:
+ *    - ENOENT - value not available for return
+ */
+struct rte_member_setsum *
+rte_member_find_existing(const char *name);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Create set-summary (SS).
+ *
+ * @param params
+ *   Parameters to initialize the setsummary.
+ * @return
+ *   Return the pointer to the setsummary.
+ *   Return value is NULL if the creation failed.
+ */
+struct rte_member_setsum *
+rte_member_create(const struct rte_member_parameters *params);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Lookup key in set-summary (SS).
+ * Single key lookup and return as soon as the first match found
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer of a setsummary.
+ * @param key
+ *   Pointer of the key to be looked up.
+ * @param set_id
+ *   Output the set id matches the key.
+ * @return
+ *   Return 1 for found a match and 0 for not found a match.
+ */
+int
+rte_member_lookup(const struct rte_member_setsum *setsum, const void *key,
+                       member_set_t *set_id);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Lookup bulk of keys in set-summary (SS).
+ * Each key lookup returns as soon as the first match found
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer of a setsummary.
+ * @param keys
+ *   Pointer of the bulk of keys to be looked up.
+ * @param num_keys
+ *   Number of keys that will be lookup.
+ * @param set_ids
+ *   Output set ids for all the keys to this array.
+ *   User should preallocate array that can contain all results, which size is
+ *   the num_keys.
+ * @return
+ *   The number of keys that found a match.
+ */
+int
+rte_member_lookup_bulk(const struct rte_member_setsum *setsum,
+                       const void **keys, uint32_t num_keys,
+                       member_set_t *set_ids);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Lookup a key in set-summary (SS) for multiple matches.
+ * The key lookup will find all matched entries (multiple match).
+ * Note that for cache mode of HT, each key can have at most one match. This is
+ * because keys with same signature that maps to same bucket will overwrite
+ * each other. So multi-match lookup should be used for vBF and non-cache HT.
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer of a set-summary.
+ * @param key
+ *   Pointer of the key that to be looked up.
+ * @param max_match_per_key
+ *   User specified maximum number of matches for each key. The function returns
+ *   as soon as this number of matches found for the key.
+ * @param set_id
+ *   Output set ids for all the matches of the key. User needs to preallocate
+ *   the array that can contain max_match_per_key number of results.
+ * @return
+ *   The number of matches that found for the key.
+ *   For cache mode HT set-summary, the number should be at most 1.
+ */
+int
+rte_member_lookup_multi(const struct rte_member_setsum *setsum,
+               const void *key, uint32_t max_match_per_key,
+               member_set_t *set_id);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Lookup a bulk of keys in set-summary (SS) for multiple matches each key.
+ * Each key lookup will find all matched entries (multiple match).
+ * Note that for cache mode HT, each key can have at most one match. So
+ * multi-match function is mainly used for vBF and non-cache mode HT.
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer of a setsummary.
+ * @param keys
+ *   Pointer of the keys to be looked up.
+ * @param num_keys
+ *   The number of keys that will be lookup.
+ * @param max_match_per_key
+ *   The possible maximum number of matches for each key.
+ * @param match_count
+ *   Output the number of matches for each key in an array.
+ * @param set_ids
+ *   Return set ids for all the matches of all keys. Users pass in a
+ *   preallocated 2D array with first dimension as key index and second
+ *   dimension as match index. For example set_ids[bulk_size][max_match_per_key]
+ * @return
+ *   The number of keys that found one or more matches in the set-summary.
+ */
+int
+rte_member_lookup_multi_bulk(const struct rte_member_setsum *setsum,
+               const void **keys, uint32_t num_keys,
+               uint32_t max_match_per_key,
+               uint32_t *match_count,
+               member_set_t *set_ids);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Insert key into set-summary (SS).
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer of a set-summary.
+ * @param key
+ *   Pointer of the key to be added.
+ * @param set_id
+ *   The set id associated with the key that needs to be added. Different mode
+ *   supports different set_id ranges. 0 cannot be used as set_id since
+ *   RTE_MEMBER_NO_MATCH by default is set as 0.
+ *   For HT mode, the set_id has range as [1, 0x7FFF], MSB is reserved.
+ *   For vBF mode the set id is limited by the num_set parameter when create
+ *   the set-summary.
+ * @return
+ *   HT (cache mode) and vBF should never fail unless the set_id is not in the
+ *   valid range. In such case -EINVAL is returned.
+ *   For HT (non-cache mode) it could fail with -ENOSPC error code when table is
+ *   full.
+ *   For success it returns different values for different modes to provide
+ *   extra information for users.
+ *   Return 0 for HT (cache mode) if the add does not cause
+ *   eviction, return 1 otherwise. Return 0 for non-cache mode if success,
+ *   -ENOSPC for full, and 1 if cuckoo eviction happens.
+ *   Always returns 0 for vBF mode.
+ */
+int
+rte_member_add(const struct rte_member_setsum *setsum, const void *key,
+                       member_set_t set_id);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * De-allocate memory used by set-summary.
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer to the set summary.
+ */
+void
+rte_member_free(struct rte_member_setsum *setsum);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Reset the set-summary tables. E.g. reset bits to be 0 in BF,
+ * reset set_id in each entry to be RTE_MEMBER_NO_MATCH in HT based SS.
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer to the set-summary.
+ */
+void
+rte_member_reset(const struct rte_member_setsum *setsum);
+
+/**
+ * @warning
+ * @b EXPERIMENTAL: this API may change without prior notice
+ *
+ * Delete items from the set-summary. Note that vBF does not support deletion
+ * in current implementation. For vBF, error code of -EINVAL will be returned.
+ *
+ * @param setsum
+ *   Pointer to the set-summary.
+ * @param key
+ *   Pointer of the key to be deleted.
+ * @param set_id
+ *   For HT mode, we need both key and its corresponding set_id to
+ *   properly delete the key. Without set_id, we may delete other keys with the
+ *   same signature.
+ * @return
+ *   If no entry found to delete, an error code of -ENOENT could be returned.
+ */
+int
+rte_member_delete(const struct rte_member_setsum *setsum, const void *key,
+                       member_set_t set_id);
+
+#ifdef __cplusplus
+}
+#endif
+
+#endif /* _RTE_MEMBER_H_ */