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OVS流表查询过程分析

2024-07-10 07:56:48   231人阅读


     OVS中流表操作的理解关键在于这里哈希表的实现，引入的 flex_array方便了内存的管理，通过 hash&（桶数-1）可以随机的将一个元素定位到某一个桶中。 
接下来是代码细节。

一. 核心数据结构
//流表
struct flow_table{
      struct flex_array * buckets; //具体的流表项
      unsigned int count , n_buckets ; //
      struct rcu_head rcu;
      int node_ver;
      //node_ver的存在使得我们可以控制sw_flow的哪个hlist_node 链入到这个bucket中
      //但是仍然没有体会这样做的巧妙之处？
      u32 hash_seed ;    //哈希算法需要的种子
      bool keep_flows ; //是否保留该流表项
};


//流表项
struct sw_flow{
      struct rcu_head rcu;
      struct hlist_node hash_node [2]; //通过其一链入所在桶的链表
      u32 hash ; //存hash值

      struct sw_flow_key key;  //
      struct sw_flow_actions __rcu *sf_acts;

      spinlock_t lock ;    /* Lock for values below. */
      unsigned long used ;/* Last used time (in jiffies). */
      u64 packet_count ;   /* Number of packets matched. */
      u64 byte_count ;          /* Number of bytes matched. */
      u8 tcp_flags ;       /* Union of seen TCP flags. */
};

//弹性数组？？用于大量需要数组类型的时候
struct flex_array{
      union {
           struct {
               int element_size ;//每个元素尺寸
               int total_nr_elements ; //元素个数
               int elems_per_part ; //每个部分元素的个数
               u32 reciprocal_elems;
               struct flex_array_part *parts []; //可以有多个部分
          };
           //这个的组织可以使得flex_array 的大小刚好是一个物理页PAGE_SIZE
           char padding [FLEX_ARRAY_BASE_SIZE ];
     };
};

//flex_array 中的每个块也是物理页大小的空间
struct flex_array_part{
      char elements[ FLEX_ARRAY_PART_SIZE];
};

二. 代码分析
1.先看看flow_table的初始化，可以看出相应数据结构的作用。
//构建一个flow_table，有 new_size个buckets
struct flow_table *ovs_flow_tbl_alloc( int new_size)
{
      struct flow_table *table = kmalloc( sizeof (*table), GFP_KERNEL);

      if (!table)
           return NULL;

     table-> buckets = alloc_buckets(new_size);

      if (!table-> buckets) {
          kfree(table);
           return NULL;
     }
     table-> n_buckets = new_size;
     table-> count = 0;
     table-> node_ver = 0;
     table-> keep_flows = false;
     get_random_bytes(&table-> hash_seed , sizeof (u32));

      return table;
}



2.接下来看datapath中比较核心的查询流表操作的细节。
//根据key来进行流表查询
struct sw_flow *ovs_flow_tbl_lookup( struct flow_table *table,
                    struct sw_flow_key *key, int key_len)
{
      struct sw_flow *flow;
      struct hlist_node *n;
      struct hlist_head *head;
      u8 *_key;
      int key_start;
      u32 hash;

      //因为sw_flow_key中开始有tunnel相关字段，所以需要知道key的开始地址
     key_start = flow_key_start(key);
      //jhash2算法
     hash = ovs_flow_hash(key, key_start, key_len);

     _key = ( u8 *) key + key_start;
      //根据hash值找到相应的桶，
     head = find_bucket(table, hash);
      //
     hlist_for_each_entry_rcu(flow, n, head, hash_node[table-> node_ver]) {

           if (flow->hash == hash &&
              !memcmp(( u8 *)&flow-> key + key_start, _key, key_len - key_start)) {
               return flow;
          }
     }
      return NULL;
}

//通过hash值找到所在bucket的头指针
static struct hlist_head *find_bucket (struct flow_table *table, u32 hash)
{
      //因为hash本来就是一个字（u32）
     hash = jhash_1word(hash, table-> hash_seed);
      return flex_array_get(table-> buckets,(hash & (table-> n_buckets - 1)));
}


//返回弹性数组中 element_nr号元素指针
void *flex_array_get( struct flex_array *fa, unsigned int element_nr)
{
      int part_nr = 0;
      struct flex_array_part *part;

      if (!fa-> element_size)
           return NULL;
      if (element_nr >= fa-> total_nr_elements)
           return NULL;
      //如果当前页够容纳这些元素的话，内存区域仍然就使用parts[0]
      if (elements_fit_in_base(fa))
          part = ( struct flex_array_part *)&fa->parts[0];
      else {
          part_nr = fa_element_to_part_nr(fa, element_nr);
          part = fa-> parts[part_nr];
           if (!part)
               return NULL;
     }
      return &part-> elements[index_inside_part(fa, element_nr, part_nr)];
}

//在基本数据结构flex_array中除去元数据之后，所剩的空间
//也就是当前page 除去前面几个基本字段，看剩余的空间是否够存储当前元素
static inline int elements_fit_in_base (struct flex_array *fa)
{
      int data_size = fa-> element_size * fa->total_nr_elements;
      if (data_size <= FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT)
           return 1;
      return 0;
}

#define FLEX_ARRAY_BASE_BYTES_LEFT                        \
     (FLEX_ARRAY_BASE_SIZE - offsetof( struct flex_array, parts))


//这里的倒数除只是定义了一种机制，能随机从元素号映射到flex_array的part number；
static int fa_element_to_part_nr (struct flex_array *fa,
                         unsigned int element_nr)
{
      return reciprocal_divide(element_nr, fa->reciprocal_elems);
}

static inline u32 reciprocal_divide(u32 A, u32 R)
{
      return ( u32)(((u64)A * R) >> 32);
}


//求得这个元素在这个part中的索引号
static unsigned int index_inside_part (struct flex_array *fa,
                         unsigned int element_nr,
                         unsigned int part_nr)
{
      unsigned int part_offset;

     part_offset = element_nr - part_nr * fa->elems_per_part;
      return part_offset * fa-> element_size;
}
find_bucket执行完成后，最终返回该hash值对应的元素在flex_array中的地址，当然在流表中元素指的就是sw_flow。


三. 相关知识点
1.使用的是linux内核中的 jhash2 哈希算法;

110 /* jhash2 - hash an array of u32‘s
111  * @k: the key which must be an array of u32‘s
112  * @length: the number of u32‘s in the key
113  * @initval: the previous hash, or an arbitray value
114  *
115  * Returns the hash value of the key.
116  */
117 static inline u32 jhash2(const u32 *k, u32 length, u32 initval)
118 {
119         u32 a, b, c;
120 
121         /* Set up the internal state */
122         a = b = c = JHASH_INITVAL + (length<<2) + initval;
123 
124         /* Handle most of the key */
125         while (length > 3) {
126                 a += k[0];
127                 b += k[1];
128                 c += k[2];
129                 __jhash_mix(a, b, c);
130                 length -= 3;
131                 k += 3;
132         }
133 
134         /* Handle the last 3 u32‘s: all the case statements fall through */
135         switch (length) {
136         case 3: c += k[2];
137         case 2: b += k[1];
138         case 1: a += k[0];
139                 __jhash_final(a, b, c);
140         case 0: /* Nothing left to add */
141                 break;
142         }
143 
144         return c;
145 }


148 /* jhash_3words - hash exactly 3, 2 or 1 word(s) */
149 static inline u32 jhash_3words(u32 a, u32 b, u32 c, u32 initval)
150 {
151         a += JHASH_INITVAL;
152         b += JHASH_INITVAL;
153         c += initval;
154 
155         __jhash_final(a, b, c);
156 
157         return c;
158 }
159 
160 static inline u32 jhash_2words(u32 a, u32 b, u32 initval)
161 {
162         return jhash_3words(a, b, 0, initval);
163 }
164 
165 static inline u32 jhash_1word(u32 a, u32 initval)
166 {
167         return jhash_3words(a, 0, 0, initval);
168 }


2. 巩固内核中hlist遍历原理。


转载注明出处：http://blog.csdn.net/vonzhoufz/article/details/36005667。


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