OVS源码--datapath（一）

一、datapath 简介

datapath为 ovs内核模块，负责执行数据交换，也就是把从接收端口收到的数据包在流表中进行匹配，并执行匹配到的动作。

一个datapath可以对应多个vport，一个vport类似物理交换机的端口概念。一个datapth关联一个flow table，一个flow table包含多个条目，每个条目包括两个内容：一个match/key和一个action

二、数据流向

一般的数据包在 Linux 网络协议中的流向为上图中的蓝色箭头流向：网卡eth0 收到数据包后判断报文走向，如果是本地报文把数据传送到用户态，如果是转发报文根据选路（二层交换或三层路由）把报文送到另一个网卡如eth1。当有 OVS 时，数据流向如红色所示：从网卡 eth0 收到报文后进入ovs 的端口，根据 key 值进行流表匹配，如果匹配成功执行流表对应的 action；如果失败通过upcall 送入用户态处理。

三、源码分析

1、模块初始化

内核模块采用module_init(dp_init)进行datapath 的初始化，代码如下：

其中dp 的genl_family 注册了如下四个类型：

2、收包处理

通过vport注册的回调函数netdev_frame_hook()-> netdev_port_receive()->ovs_vport_receive()处理接收报文，ovs_flow_key_extract()函数生成flow的key内容用以接下来进行流表匹配，最后调用ovs_dp_process_packet()函数进入真正的ovs数据包处理,代码流程如下：

3、流表哈希桶

流表采用hash的方式排列存放，流表的hash头结点存储数据结构如下：

该hash 桶的初始化函数alloc_buckets (),生成的数据格式可参考如下：

4、流表创建

用户态通过netlink 进行datapath 流表更新的入口函数都定义在dp_flow_genl_ops中，流表创建的入口函数是ovs_flow_cmd_new 函数，代码分析如下：

根据上述流程给出流表的主要数据结构如下：

5、流表查询

流表查找主要是查表关键字的匹配，关键字数据结构如下，根据skb 中的Ethernet 帧生成key 的函数为ovs_flow_key_extract()：

流表查询的入口函数ovs_flow_tbl_lookup_stats(),flow 的匹配策略是和流表中所有mask 和所有key 进行匹配处理，为了加速查询效率，在调用真正的流表查询函数flow_lookup()之前，对于mask 的查询采用了缓存机制，实现原理是首先查询缓存的mask_cache_entry，这些cache 是查询成功后形成的cache，并针对cache 采用分段查询的方式，代码如下：

flow_lookup()函数的处理流程如下：

masked_flow_lookup()函数处理如下：

6、action处理

ovs的action类型如下，使用nla_type()函数获取nl_type的值，入口处理函数为do_execute_actions()。

• OVS_ACTION_ATTR_OUTPUT：获取port号，调用do_output()发送报文到该port；
• OVS_ACTION_ATTR_USERSPACE：调用output_userspace()发送到用户态；
• OVS_ACTION_ATTR_HASH：调用execute_hash()获取skb的hash赋值到ovs_flow_hash
• OVS_ACTION_ATTR_PUSH_VLAN：调用push_vlan()增加vlan头部
  
• OVS_ACTION_ATTR_POP_VLAN：调用pop_vlan()移除vlan头
  
• OVS_ACTION_ATTR_RECIRC:在action_fifos全局数组中添加一个deferred_action；
• OVS_ACTION_ATTR_SET:调用execute_set_action()设置相关参数；
• OVS_ACTION_ATTR_SAMPLE:概率性的发送报文到用户态（详见sflow 章节）。

7、upcall 处理

当没有找到匹配的流表时，内核通过netlink 发送报文到用户层处理，入口函数ovs_dp_upcall()，该函数调用queue_userspace_packet()构造发往用户层的skb，通过netlink 通信机制发送到用户层，其中形成的主要数据格式如下：

原文链接：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