4. Open vSwitch - OVS原理

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2023-12-01

ovs的架构如下图所示，主要由内核datapath、vswitchd、ovsdb以及用户空间的ovs-vsctl/ovs-ofctl/ovs-dpctl等组成。

OVS原理 - 图1

vswitchd是一个守护进程，是ovs的管理和控制服务，通过unix socket将配置信息保存到ovsdb，并通过netlink和内核模块交互
ovsdb则是ovs的数据库，保存了ovs配置信息
datapath是负责数据交换的内核模块，比如把接受端口收到的包放到流表中进行匹配，并执行匹配后的动作等。它在初始化和port binding的时候注册钩子函数，把端口的报文处理接管到内核模块

主要数据结构

OVS原理 - 图2
(图片来自csdn)

注：部分转载自OVS 源码分析整理

键入命令ovs-vsctl add-br testBR
内核中的 openvswitch.ko 收到一个添加网桥的命令时候——即收到 OVS_DATAPATH_FAMILY通道的 OVS_DP_CMD_NEW命令。该命令绑定的回调函数为 ovs_dp_cmd_new
ovs_dp_cmd_new 函数除了初始化 dp 结构外，调用 new_vport 函数来生成新的 vport
new_vport 函数调用 ovs_vport_add()来尝试生成一个新的 vport
ovs_vport_add()函数会检查 vport 类型（通过 vport_ops_list[]数组），并调用相关的 create()函数来生成 vport 结构
当dp是网络设备时（vport_netdev.c），最终由 ovs_vport_add()函数调用的是 netdev_create()【在 vport_ops_list的ovs_netdev_ops 中】
netdev_create()函数最关键的一步是注册了收到网包时的回调函数
err=netdev_rx_handler_register(netdev_vport->dev,netdev_frame_hook,vport);
操作是将 netdev_vport->dev 收到网包时的相关数据由 netdev_frame_hook()函数来处理，都是些辅助处理，依次调用各处理函数，在 netdev_port_receive()【这里会进行数据包的拷贝，避免损坏】进入 ovs_vport_receive()回到 vport.c，从 ovs_dp_process_receive_packet()回到 datapath.c，进行统一处理
流程：netdev_frame_hook()->netdev_port_receive->ovs_vport_receive->ovs_dp_process_received_packet()
net_port_receive()首先检测是否 skb 被共享，若是则得到 packet 的拷贝。
net_port_receive()其调用ovs_vport_receive()，检查包的校验和，然后交付给我们的vport通用层来处理。

OVS原理 - 图3
(图片来自简书)

flow_lookup()查找对应的流表项
for 循环调用 rcu_dereference_ovs 对流表结构体中的 mask_list 成员遍历，找到对应的的成员
flow=masked_flow_lookup()遍历进行下一级 hmap查找，找到为止
进入包含函数 ovs_flow_mask_key(&masked_key,unmasked,mask)，将最开始提取的 Key 值和 mask 的 key 值进行“与”操作，结果存放在 masked_key 中，用来得到后面的 Hash 值
hash=flow_hash(&masked_key,key_start,key_end)key 值的匹配字段只有部分
ovs_vport_add()函数会检查 vport 类型（通过 vport_ops_list[]数组），并调用相关的 create()函数来生成 vport 结构
可见，当 dp 时网络设备时（vport_netdev.c），最终由 ovs_vport_add()函数调用的是 netdev_create()【在 vport_ops_list的ovs_netdev_ops 中】
netdev_vport->dev 收到网包时的相关数据由 netdev_frame_hook()函数来处理，都是些辅助处理，依次调用各处理函数，在 netdev_port_receive()【这里会进行数据包的拷贝，避免损坏】进入 ovs_vport_receive()回到 vport.c，从 ovs_dp_process_receive_packet()回到 datapath.c，进行统一处理

OVS原理 - 图4

ovs_vport_receive_packets()调用ovs_flow_extract基于skb生成key值，并检查是否有错,然后调用ovs_dp_process_packet。交付给datapath处理
ovs_flow_tbl_lookup_stats。基于前面生成的key值进行流表查找，返回匹配的流表项，结构为sw_flow。
若不存在匹配，则调用ovs_dp_upcall上传至userspace进行匹配。 (包括包和key都要上传)
若存在匹配，则直接调用ovs_execute_actions执行对应的action，比如添加vlan头，转发到某个port等。

OVS原理 - 图5

OVS原理 - 图6