ovs源碼閱讀--元組空間搜索算法

關於TTS（元組空間搜索算法）的詳細介紹能夠參考OVS+DPDK Datapath 包分類技術這篇文章，本文只對該篇博客進行簡單的介紹，其中案例和部分圖片來自於OVS+DPDK Datapath 包分類技術

TTS算法主要組成部分

Rule : 單條的包過濾規則+動做

如下爲具體的例子：

1 Rule #1: ip_src=192.168.0.0/16 ip_dst=0/0 protocol=0/0 port_src=0/0 port_dst=0/0
2 Rule #2: ip_src=0/0 ip_dst=23.23.233.0/24 protocol=6/8(TCP) port_src=0/0 port_dst=23/16 
3 Rule #3: ip_src=0/0 ip_dst=11.11.233.0/24 protocol=17/8(UDP) port_dst=0/0 port_dst=4789/16
4 Rule #4: ip_src=10.10.0.0/16 ip_dst=0/0 protocol=0/0 port_src=0/0 port_dst=0/0

能夠看到一個rule中有多個字段，每一個字段的形式爲 ：字段值/掩碼前綴

Tuple : 使用相同的匹配字段+每一個匹配字段都使用相同的掩碼長度

如下爲具體的例子：

1 Tuple #1: ip_src_mask=16 ip_dst_mask=0 protocol_mask=0 port_src_mask=0 port_dst_mask=0
2 Tuple #2: ip_src_mask=0 ip_dst_mask=24 protocol_mask=8 port_src_mask=0 port_dst_mask=16

tuple是將有相同規則的rule進行合併，例如上述rule #1和rule #4能夠當作是同一個tuple #1，由於其每一個字段的掩碼都相同，因此tuple有以下特色：

1. 使用相同的匹配字段
2. 每一個匹配字段都使用相同的掩碼長度

Key：用於hash

以Tuple #2中的Rule #2爲例說明一下，首先用tuple的掩碼去與rule中的各個字段值，丟棄tuple不關心的位，獲得：

ip_src=_ ip_dst=23.23.233 protocol=6 port_src=_ port_dst=23

而後把這些位拼接起來，就是哈希表的key，轉換爲二進制以下：

key = 0001 0111(23) 0001 0111(23) 1110 1001(233) 0000 0110(6) 0000 0000 0001 0111(23)

最後，用這個key去作散列，便是哈希表的索引

匹配過程

• 全部的rule都被分紅了多個tuple，並存儲在相應tuple下的哈希表中
• 當要對一個包進行匹配時，將遍歷這多個tuple下的哈希表，一個一個查過去，查出全部匹配成功的結果，而後按必定策略在匹配結果中選出最優的一個。

下面以ovs中具體的事例進行說明：

1. 首先添加一個rule #1，該rule建立的過程當中會建立對應的掩碼（mask FF.FF.FF.00），也就是TTS中的Tuple，而後rule與mask進行與操做生成key，經過key進行散列獲得一個索引值，最終將該rule #1加入到hash表HT 1對應的索引中

能夠看到，同一個哈希表中的mask都是相同的，也就是說每個tuple對應一個表

1. 接下來收到一個包packet #1，以下圖所示，該包查找的過程當中，會與全部的hash表進行匹配，因爲目前只有一個表HT 1，因此該包會與HT 1對應的mask進行與運算，對其結果進行散列後查到對應表中的結果

1. 同步驟1，此時又來了一個rule #2，按照一樣的步驟，建立一個新的表HT 2

1. 收到另外一個包Packet #2，同步驟2進行查找，首先與HT 1對應的mask進行匹配查找，沒法找到結果

而後與HT 2對應的mask進行查找，查詢到對應的結果

經過上述步驟能夠看出來，TTS中的時間複雜度與Tuple的數量相關，若是Tuple的數量越多，則耗費的時間越長，當Tuple的數量==表項的數量，此時等同於挨個遍歷全部的表項

OVS與TTS

在上一篇博文中，其中Megaflow Cache的實現就是採用了TTS，在以下圖中，每一個megaflow cache的表項對應TTS中的rule

具體的實現結構以下圖，在最新的ovs中採用的是Mircroflow cache和Megaflow Cache結合的方式，其中能夠看到Megaflow Cache是經過鏈表的形式進行組合的，sw_flow_mask結構體至關因而mask（TTS中的tuple），sw_flow結構體至關因而rule，其中Microflow cache中存放的是上次訪問的sw_flow_mask索引，具體的流程會在接下來的博客進行詳細的介紹。

參考資料

OVS+DPDK Datapath 包分類技術

做者： yearsj
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