OVS源碼--datapath（一）

一、datapath 簡介

datapath爲 ovs內核模塊，負責執行數據交換，也就是把從接收端口收到的數據包在流表中進行匹配，並執行匹配到的動作。

一個datapath可以對應多個vport，一個vport類似物理交換機的端口概念。一個datapth關聯一個flow table，一個flow table包含多個條目，每個條目包括兩個內容：一個match/key和一個action

二、數據流向

一般的數據包在 Linux 網絡協議中的流向爲上圖中的藍色箭頭流向：網卡eth0 收到數據包後判斷報文走向，如果是本地報文把數據傳送到用戶態，如果是轉發報文根據選路（二層交換或三層路由）把報文送到另一個網卡如eth1。當有 OVS 時，數據流向如紅色所示：從網卡 eth0 收到報文後進入ovs 的端口，根據 key 值進行流表匹配，如果匹配成功執行流表對應的 action；如果失敗通過upcall 送入用戶態處理。

三、源碼分析

1、模塊初始化

內核模塊採用module_init(dp_init)進行datapath 的初始化，代碼如下：

其中dp 的genl_family 註冊瞭如下四個類型：

2、收包處理

通過vport註冊的回調函數netdev_frame_hook()-> netdev_port_receive()->ovs_vport_receive()處理接收報文，ovs_flow_key_extract()函數生成flow的key內容用以接下來進行流表匹配，最後調用ovs_dp_process_packet()函數進入真正的ovs數據包處理,代碼流程如下：

3、流表哈希桶

流表採用hash的方式排列存放，流表的hash頭結點存儲數據結構如下：

該hash 桶的初始化函數alloc_buckets (),生成的數據格式可參考如下：

4、流表創建

用戶態通過netlink 進行datapath 流表更新的入口函數都定義在dp_flow_genl_ops中，流表創建的入口函數是ovs_flow_cmd_new 函數，代碼分析如下：

根據上述流程給出流表的主要數據結構如下：

5、流表查詢

流表查找主要是查表關鍵字的匹配，關鍵字數據結構如下，根據skb 中的Ethernet 幀生成key 的函數爲ovs_flow_key_extract()：

流表查詢的入口函數ovs_flow_tbl_lookup_stats(),flow 的匹配策略是和流表中所有mask 和所有key 進行匹配處理，爲了加速查詢效率，在調用真正的流表查詢函數flow_lookup()之前，對於mask 的查詢採用了緩存機制，實現原理是首先查詢緩存的mask_cache_entry，這些cache 是查詢成功後形成的cache，並針對cache 採用分段查詢的方式，代碼如下：

flow_lookup()函數的處理流程如下：

masked_flow_lookup()函數處理如下：

6、action處理

ovs的action類型如下，使用nla_type()函數獲取nl_type的值，入口處理函數爲do_execute_actions()。

• OVS_ACTION_ATTR_OUTPUT：獲取port號，調用do_output()發送報文到該port；
• OVS_ACTION_ATTR_USERSPACE：調用output_userspace()發送到用戶態；
• OVS_ACTION_ATTR_HASH：調用execute_hash()獲取skb的hash賦值到ovs_flow_hash
• OVS_ACTION_ATTR_PUSH_VLAN：調用push_vlan()增加vlan頭部
  
• OVS_ACTION_ATTR_POP_VLAN：調用pop_vlan()移除vlan頭
  
• OVS_ACTION_ATTR_RECIRC:在action_fifos全局數組中添加一個deferred_action；
• OVS_ACTION_ATTR_SET:調用execute_set_action()設置相關參數；
• OVS_ACTION_ATTR_SAMPLE:概率性的發送報文到用戶態（詳見sflow 章節）。

7、upcall 處理

當沒有找到匹配的流表時，內核通過netlink 發送報文到用戶層處理，入口函數ovs_dp_upcall()，該函數調用queue_userspace_packet()構造發往用戶層的skb，通過netlink 通信機制發送到用戶層，其中形成的主要數據格式如下：

原文鏈接：https://www.sdnlab.com/my_sdnlab/wp-content/uploads/2017/02/cntctfrm_1a5b490b5708a374ad0d207df48ec29e_Openvswitch%E6%BA%90%E7%A0%81%E9%98%85%E8%AF%BB%E7%AC%94%E8%AE%B0.pdf