?
一、Opevswitch总体架构
?
Openvswitch的架构网上有如下的图表示:
?
?
?
每个模块都有不同的功能
ovs-vswitchd 为主要模块,实现交换机的守护进程daemon
?
在Openvswitch所在的服务器进行ps aux可以看到以下的进程
root 1008 0.1 0.8 242948 31712 ? S<Ll Aug06 32:17 ovs-vswitchd unix:/var/run/openvswitch/db.sock -vconsole:emer -vsyslog:err -vfile:info --mlockall --no-chdir --log-file=/var/log/openvswitch/ovs-vswitchd.log --pidfile=/var/run/openvswitch/ovs-vswitchd.pid --detach --monitor |
?
注意这里ovs-vswitchd监听了一个本机的db.sock文件
?
openvswitch.ko为Linux内核模块,支持数据流在内核的交换
?
我们使用lsmod列举加载到内核的模块:
~# lsmod | grep openvswitch openvswitch 66901 0 gre 13808 1 openvswitch vxlan 37619 1 openvswitch libcrc32c 12644 2 btrfs,openvswitch |
?
既有Openvswitch.ko,也有
ovsdb-server 轻量级数据库服务器,保存配置信息,ovs-vswitchd通过这个数据库获取配置信息
?
通过ps aux可以看到如下进程
root 985 0.0 0.0 21172 2120 ? S< Aug06 1:20 ovsdb-server /etc/openvswitch/conf.db -vconsole:emer -vsyslog:err -vfile:info --remote=punix:/var/run/openvswitch/db.sock --private-key=db:Open_vSwitch,SSL,private_key --certificate=db:Open_vSwitch,SSL,certificate --bootstrap-ca-cert=db:Open_vSwitch,SSL,ca_cert --no-chdir --log-file=/var/log/openvswitch/ovsdb-server.log --pidfile=/var/run/openvswitch/ovsdb-server.pid --detach –monitor |
?
可以看出,ovsdb-server将配置信息保存在conf.db中,并通过db.sock提供服务,ovs-vswitchd通过这个db.sock从这个进程读取配置信息。
/etc/openvswitch/conf.db是json格式的,可以通过命令ovsdb-client dump将数据库结构打印出来。
?
数据库结构包含如下的表格。
?
?
数据库结构如下:
?
?
通过ovs-vsctl创建的所有的网桥,网卡,都保存在数据库里面,ovs-vswitchd会根据数据库里面的配置创建真正的网桥,网卡。
ovs-dpctl 用来配置switch内核模块。
ovs-vsctl 查询和更新ovs-vswitchd的配置。
ovs-appctl 发送命令消息,运行相关daemon。
ovs-ofctl 查询和控制OpenFlow交换机和控制器。
?
二、Openvswitch的代码结构
?
Openvwitch进行数据流交换的主要逻辑都是在ovs-vswitchd和openvswitch.ko里面实现的。
?
?
ovs-vswitchd会从ovsdb-server读取配置,然后调用ofproto层进行虚拟网卡的创建或者流表的操作。
Ofproto是一个库,实现了软件的交换机和对流表的操作。
Netdev层抽象了连接到虚拟交换机上的网络设备。
Dpif层实现了对于流表的操作。
?
对于OVS来讲,有以下几种网卡类型
1). netdev: 通用网卡设备 eth0 veth
接收: 一个nedev在L2收到报文后回直接通过ovs接收函数处理,不会再走传统内核协议栈.
发送: ovs中的一条流指定从该netdev发出的时候就通过该网卡设备发送
2). internal: 一种虚拟网卡设备
接收: 当从系统发出的报文路由查找通过该设备发送的时候,就进入ovs接收处理函数
发送: ovs中的一条流制定从该internal设备发出的时候,该报文被重新注入内核协议栈
3). gre device: gre设备. 不管用户态创建多少个gre tunnel, 在内核态有且只有一个gre设备
接收: 当系统收到gre报文后,传递给L4层解析gre header, 然后传递给ovs接收处理函数
发送: ovs中的一条流制定从该gre设备发送, 报文会根据流表规则加上gre头以及外层包裹ip,查找路由发送
?
?
在如上的代码结构中,vswitchd中就是ovs-vswitchd的入口代码,ovsdb就是ovsdb-server的代码,ofproto即上述的中间抽象层,lib下面有netdev,dpif的实现,datapath里面就是内核模块openvswitch.ko的代码。
?
三、ovs-vswitchd和openvswitch.ko的交互方式netlink
?
datapath 运行在内核态,ovs-vswitchd 运行在用户态,两者通过netlink 通信。
netlink 是一种灵活和强大的进程间通信机制(socket),甚至可以沟通用户态和内核态。
netlink 是全双工的。作为socket,netlink 的地址族是AF_NETLINK(TCP/IP socket 的地址族是AF_INET)
目前有大量的通信场景应用了netlink,这些特定扩展和设计的netlink 通信bus,被定义为family。比如NETLINK_ROUTE、NETLINK_FIREWALL、NETLINK_ARPD 等。
因为大量的专用family 会占用了family id,而family id 数量自身有限(kernel 允许32个);同时为了方便用户扩展使用,一个通用的netlink family 被定义出来,这就是generic netlink family。
?
要使用generic netlink,需要熟悉的数据结构包括genl_family、genl_ops 等。
?
?
下面写一个generic netlink的简单实例
定义family如下
/* attributes */ enum { DOC_EXMPL_A_UNSPEC, DOC_EXMPL_A_MSG, __DOC_EXMPL_A_MAX, }; #define DOC_EXMPL_A_MAX (__DOC_EXMPL_A_MAX - 1) /* attribute policy */ static struct nla_policy doc_exmpl_genl_policy[DOC_EXMPL_A_MAX + 1] = { [DOC_EXMPL_A_MSG] = { .type = NLA_NUL_STRING }, }; /* family definition */ static struct genl_family doc_exmpl_gnl_family = { .id = GENL_ID_GENERATE, .hdrsize = 0, .name = "DOC_EXMPL", .version = 1, .maxattr = DOC_EXMPL_A_MAX, };
|
?
定义op如下
/* handler */ int doc_exmpl_echo(struct sk_buff *skb, struct genl_info *info) { /* message handling code goes here; return 0 on success, negative values on failure */ } /* commands */ enum { DOC_EXMPL_C_UNSPEC, DOC_EXMPL_C_ECHO, __DOC_EXMPL_C_MAX, }; #define DOC_EXMPL_C_MAX (__DOC_EXMPL_C_MAX - 1) /* operation definition */ struct genl_ops doc_exmpl_gnl_ops_echo = { .cmd = DOC_EXMPL_C_ECHO, .flags = 0, .policy = doc_exmpl_genl_policy, .doit = doc_exmpl_echo, .dumpit = NULL, };
|
?
注册family 到generic netlink 机制
int rc; rc = genl_register_family(&doc_exmpl_gnl_family); if (rc != 0) goto failure;
|
?
将操作注册到family
int rc; rc = genl_register_ops(&doc_exmpl_gnl_family, &doc_exmpl_gnl_ops_echo); if (rc != 0) ????goto failure;
|
?
Datapath是如何使用netlink的呢?
?
在dp_init()函数(datapath.c)中,调用dp_register_genl()完成对四种类型的family 以及相应操作的注册,包括datapath、vport、flow 和packet。
前三种family,都对应四种操作都包括NEW、DEL、GET、SET,而packet 的操作仅为EXECUTE。
?
对于flow这个family的定义如下:
static const struct nla_policy flow_policy[OVS_FLOW_ATTR_MAX + 1] = { ????[OVS_FLOW_ATTR_KEY] = { .type = NLA_NESTED }, ????[OVS_FLOW_ATTR_ACTIONS] = { .type = NLA_NESTED }, ????[OVS_FLOW_ATTR_CLEAR] = { .type = NLA_FLAG }, }; static struct genl_family dp_flow_genl_family = { ????.id = GENL_ID_GENERATE, ????.hdrsize = sizeof(struct ovs_header), ????.name = OVS_FLOW_FAMILY, ????.version = OVS_FLOW_VERSION, ????.maxattr = OVS_FLOW_ATTR_MAX, ????SET_NETNSOK };
|
?
Flow相关的ops的定义如下:
static struct genl_ops dp_flow_genl_ops[] = { ????{ ????????.cmd = OVS_FLOW_CMD_NEW, ????????.flags = GENL_ADMIN_PERM, /* Requires CAP_NET_ADMIN privilege. */ ????????.policy = flow_policy, ????????.doit = ovs_flow_cmd_new_or_set ????}, ????{ ????????.cmd = OVS_FLOW_CMD_DEL, ????????.flags = GENL_ADMIN_PERM, /* Requires CAP_NET_ADMIN privilege. */ ????????.policy = flow_policy, ????????.doit = ovs_flow_cmd_del ????}, ????{ ????????.cmd = OVS_FLOW_CMD_GET, ????????.flags = 0, /* OK for unprivileged users. */ ????????.policy = flow_policy, ????????.doit = ovs_flow_cmd_get, ????????.dumpit = ovs_flow_cmd_dump ????}, ????{ ????????.cmd = OVS_FLOW_CMD_SET, ????????.flags = GENL_ADMIN_PERM, /* Requires CAP_NET_ADMIN privilege. */ ????????.policy = flow_policy, ????????.doit = ovs_flow_cmd_new_or_set, ????}, };
|
?
Ovs-vswitchd作为客户端如何使用netlink
?
Ovs-vswitchd 对于netlink 的实现,主要在lib/netlink-socket.c 文件中。
lib\dpif-provider.h定义了struct dpif_class {,包含一系列函数指针,例如open,close等。
真正的dpif_class有两种
一个是dpif-netdev.c中定义的const struct dpif_class dpif_netdev_class = {
const struct dpif_class dpif_netdev_class = { ????"netdev", ????dpif_netdev_init, ????dpif_netdev_enumerate, ????dpif_netdev_port_open_type, ????dpif_netdev_open, ????dpif_netdev_close, ????dpif_netdev_destroy, ????dpif_netdev_run, ????dpif_netdev_wait, ????dpif_netdev_get_stats, ????dpif_netdev_port_add, ????dpif_netdev_port_del, ????dpif_netdev_port_query_by_number, ????dpif_netdev_port_query_by_name, ????NULL, /* port_get_pid */ ????dpif_netdev_port_dump_start, ????dpif_netdev_port_dump_next, ????dpif_netdev_port_dump_done, ????dpif_netdev_port_poll, ????dpif_netdev_port_poll_wait, ????dpif_netdev_flow_flush, ????dpif_netdev_flow_dump_create, ????dpif_netdev_flow_dump_destroy, ????dpif_netdev_flow_dump_thread_create, ????dpif_netdev_flow_dump_thread_destroy, ????dpif_netdev_flow_dump_next, ????dpif_netdev_operate, ????NULL, /* recv_set */ ????NULL, /* handlers_set */ ????dpif_netdev_pmd_set, ????dpif_netdev_queue_to_priority, ????NULL, /* recv */ ????NULL, /* recv_wait */ ????NULL, /* recv_purge */ ????dpif_netdev_register_dp_purge_cb, ????dpif_netdev_register_upcall_cb, ????dpif_netdev_enable_upcall, ????dpif_netdev_disable_upcall, ????dpif_netdev_get_datapath_version, ????NULL, /* ct_dump_start */ ????NULL, /* ct_dump_next */ ????NULL, /* ct_dump_done */ ????NULL, /* ct_flush */ };
|
?
一种是在dpif-netlink.c中,定义了const struct dpif_class dpif_netlink_class = {
const struct dpif_class dpif_netlink_class = { ????"system", ????NULL, /* init */ ????dpif_netlink_enumerate, ????NULL, ????dpif_netlink_open, ????dpif_netlink_close, ????dpif_netlink_destroy, ????dpif_netlink_run, ????NULL, /* wait */ ????dpif_netlink_get_stats, ????dpif_netlink_port_add, ????dpif_netlink_port_del, ????dpif_netlink_port_query_by_number, ????dpif_netlink_port_query_by_name, ????dpif_netlink_port_get_pid, ????dpif_netlink_port_dump_start, ????dpif_netlink_port_dump_next, ????dpif_netlink_port_dump_done, ????dpif_netlink_port_poll, ????dpif_netlink_port_poll_wait, ????dpif_netlink_flow_flush, ????dpif_netlink_flow_dump_create, ????dpif_netlink_flow_dump_destroy, ????dpif_netlink_flow_dump_thread_create, ????dpif_netlink_flow_dump_thread_destroy, ????dpif_netlink_flow_dump_next, ????dpif_netlink_operate, ????dpif_netlink_recv_set, ????dpif_netlink_handlers_set, ????NULL, /* poll_thread_set */ ????dpif_netlink_queue_to_priority, ????dpif_netlink_recv, ????dpif_netlink_recv_wait, ????dpif_netlink_recv_purge, ????NULL, /* register_dp_purge_cb */ ????NULL, /* register_upcall_cb */ ????NULL, /* enable_upcall */ ????NULL, /* disable_upcall */ ????dpif_netlink_get_datapath_version, /* get_datapath_version */ #ifdef __linux__ ????dpif_netlink_ct_dump_start, ????dpif_netlink_ct_dump_next, ????dpif_netlink_ct_dump_done, ????dpif_netlink_ct_flush, #else ????NULL, /* ct_dump_start */ ????NULL, /* ct_dump_next */ ????NULL, /* ct_dump_done */ ????NULL, /* ct_flush */ #endif };
|
?
datapath 中对netlink family 类型进行了注册,ovs-vswitchd 在使用这些netlink family 之前需要获取它们的信息,这一过程主要在lib/dpif-netlink.c 文件(以dpif_netlink_class 为例),dpif_netlink_init ()函数。
static int dpif_netlink_init(void) { ????static struct ovsthread_once once = OVSTHREAD_ONCE_INITIALIZER; ????static int error; ? ????if (ovsthread_once_start(&once)) { ????????error = nl_lookup_genl_family(OVS_DATAPATH_FAMILY, ??????????????????????????????????????&ovs_datapath_family); ????????if (error) { ????????????VLOG_ERR("Generic Netlink family ‘%s‘ does not exist. " ?????????????????????"The Open vSwitch kernel module is probably not loaded.", ?????????????????????OVS_DATAPATH_FAMILY); ????????} ????????if (!error) { ????????????error = nl_lookup_genl_family(OVS_VPORT_FAMILY, &ovs_vport_family); ????????} ????????if (!error) { ????????????error = nl_lookup_genl_family(OVS_FLOW_FAMILY, &ovs_flow_family); ????????} ????????if (!error) { ????????????error = nl_lookup_genl_family(OVS_PACKET_FAMILY, ??????????????????????????????????????????&ovs_packet_family); ????????} ????????if (!error) { ????????????error = nl_lookup_genl_mcgroup(OVS_VPORT_FAMILY, OVS_VPORT_MCGROUP, ???????????????????????????????????????????&ovs_vport_mcgroup); ????????} ? ????????ovsthread_once_done(&once); ????} ? ????return error; }
|
?
完成这些查找后,ovs-vswitchd 即可利用dpif 中的api,通过发出这些netlink 消息给datapath,实现对datapath 的操作。
?
Openvswitch原理与代码分析(1):总体架构