虚拟交换机（OVS）之结构印象
当拿到OVS这么大一个工程的时候，如何理解他的组织、实现的功能、数据结构的创新，对于这个从0到1的过程，该如何一步步深入呢？
首先，我觉得直接看架构也好，看文件目录也好，都是比较容易理解全局的办法。
那就先看看文件的组织：
这些显示的是文件夹的目录，从目录中可以看出有window相关的，也有xenserver相关的，说明OVS不光支持Linux，还支持别的平台。
然后浏览一下其他的目录，根据之前的了解，有datapath,include,lib,ofproto,ovn,ovsdb,vswitchd，vetp这几个重要的目录，其他的如m4是跟编译相关的。除了目录之外，就是一些配置安装说明文件。但是还是要吐槽一下，OVS的功能划分在文件组织上非常混沌，干脆是一坨直接丢在一起，比如lib目录，跟DPDK的目录组织差不少。DPDK的目录可以借机出镜一下：
所以，大致梳理一下的话，根据之前的了解
- datapath实现的是一个内核快速匹配转发模块。
- lib目录应该实现的是很多算法、结构之类的东西，如hash，log等。
- ofproto目录应该实现的是一个中间层，这也是重点要分析的地方，因为现在还看不出作用来。
- ovn是一个虚拟网络的平台，应该不是ovs的必备组件。最后再看。
- ovsdb是ovs的数据库，这个目录实现的是server，client的一些东西，还有必要的接口。
- vswitchd是交换机实现的目录，然鹅，里面的文件不多，网桥的实现。也算是核心了。
- vtep 是VxLAN隧道终结点设备，VxLAN是一种UDP隧道，多见于数据中心网络实现overlay的网络虚拟化。
从目录上看，顺带查找一些资料，基本能获得以上这些信息。另外此处先诞生一个疑问：
OVS是能够用DPDK进行加速的，绕开内核，要修改的部分还不少，那么他们在目录的哪里呢？实际上就是在lib这个大杂烩中-_-||
然后再从架构上看一下的话，就如下面这张图：
核心的组成部分主要有3个，vswitchd，ovsdb-server,datapath。从整体上了解了这些后，
- 就可以从原理上探究每一部分的大致组成以及实现过程。
- 配置OVS，发送和接收一个数据报文，追踪其流程，观察处理过程。
- 回顾总结OVS的设计。
既然如此，就开始从第一部分出发吧，先探究这三个部分的主要内容。
1. datapath
第一个选datapath入手，是因为datapath是内核模块，关联性更少一些。
既然是内核模块，就先找到模块的初始化入口，在datapath.c中的dp_init()，这是个__init函数，__init告诉编译器这个函数只用于初始化。
static int __init dp_init(void)
{
int err;
BUILD_BUG_ON(sizeof(struct ovs_skb_cb) > FIELD_SIZEOF(struct sk_buff, cb));
pr_info("Open vSwitch switching datapath %s\n", VERSION);
err = compat_init();
if (err)
goto error;
err = action_fifos_init(); /* 初始化延迟操作的队列 */
if (err)
goto error_compat_exit;
err = ovs_internal_dev_rtnl_link_register(); /* internal设备操作集及netlink操作集的注册 */
if (err)
goto error_action_fifos_exit;
err = ovs_flow_init(); /* 流表初始化 */
if (err)
goto error_unreg_rtnl_link;
err = ovs_vport_init(); /* vport子系统初始化 */
if (err)
goto error_flow_exit;
err = register_pernet_device(&ovs_net_ops); /* 注册namespace相关的ovs初始化 */
if (err)
goto error_vport_exit;
err = register_netdevice_notifier(&ovs_dp_device_notifier); /* 注册设备通知 */
if (err)
goto error_netns_exit;
err = ovs_netdev_init(); /* 注册netdev类型的设备操作集 */
if (err)
goto error_unreg_notifier;
err = dp_register_genl(); /* 注册通用的netlink，共注册了四种*/
if (err < 0)
goto error_unreg_netdev;
return 0;
从大致过程上说，在初始化完成后，就等待配置，如流表下发，添加端口等，然后就是等待报文匹配。
除此之外的datapath.c文件中主要就是注册的四种netlink的操作实现。
2. vswitchd
vswitchd是虚拟交换机的守护进程，主要的实现在vswitchd目录下，bridge.c。来看一下这个用户态进程的启动，vswitchd的的入口是在ovs-vswitchd.c的main()函数。
前面的解析参数和DPDK的初始化部分就不再说了，然后创建守护进程：
daemonize_start(true);
之后创建了unixctl服务器，并注册命令：
retval = unixctl_server_create(unixctl_path, &unixctl);
if (retval) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
unixctl_command_register("exit", "", 0, 0, ovs_vswitchd_exit, &exiting);
之后初始化网桥，bridge_init(remote);，主要工作就是
- 创建和数据库的连接
- 注册各种协议（如stp,bond,lacp）的命令和回调函数。
再之后，就是启动网桥和网卡接收，循环等待退出
while (!exiting) {
memory_run();
if (memory_should_report()) {
struct simap usage;
simap_init(&usage);
bridge_get_memory_usage(&usage);
memory_report(&usage);
simap_destroy(&usage);
}
bridge_run();
unixctl_server_run(unixctl);
netdev_run();
memory_wait();
bridge_wait();
unixctl_server_wait(unixctl);
netdev_wait();
这里有个memory_run()的，是监控内存的使用的功能，赞一下这个东西，对于故障的监测蛮有用。然后是网桥，unixctl服务器，netdev运行。
这样子初始化过后，用户态的vswitchd就运行起来了。
但是这里需要分析一下软件在实现上的组织，因为还有一个ofproto的层存在，那么他和vswitchd有啥关系呢？
ofproto库真正实现了交换机逻辑。除此之外，还有两个重要的库，一个是netdev,一个是dpif。前者是对设备的抽象，后者则实现了流表的操作。
对于这几个重要的库的作用和实现，等到追踪报文和配置流程的时候再仔细分析。
3. ovsdb-server
这一部分来说说数据库，南向接口把数据配置到数据库，然后数据库通过socket与vswitchd通信，把配置信息发给vswitchd。
同样，ovsdb-server的入口是在ovsdb-server.c中的main()函数。
server_config.remotes = &remotes;
server_config.config_tmpfile = config_tmpfile;
save_config__(config_tmpfile, &remotes, &db_filenames);
daemonize_start(false);
/* Load the saved config. */
load_config(config_tmpfile, &remotes, &db_filenames);
读取配置文件，加载配置信息到数据库中。然后创建ovsdb-server,并打开。
jsonrpc = ovsdb_jsonrpc_server_create();
shash_init(&all_dbs);
server_config.all_dbs = &all_dbs;
server_config.jsonrpc = jsonrpc;
perf_counters_init();
SSET_FOR_EACH (db_filename, &db_filenames) {
error = open_db(&server_config, db_filename);
if (error) {
ovs_fatal(0, "%s", error);
}
}
之后就创建了unixctl服务器，注册了多个命令
retval = unixctl_server_create(unixctl_path, &unixctl);
if (retval) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
那么这里注册unixctl服务器是让谁连接呢？vswitchd以及ovsdb。
最后又到了main死循环中，main_loop()。
在其中也是和vswitchd差不多，启动unixctl服务器，启动ovs-db server。主要的流程就这些咯。
至此，就把OVS的三大部分的主要组成说完了，这也完成了OVS的第一步的总体印象的分析。后续的第二篇会进一步跟踪配置和数据包的处理流程，详细分析代码的逻辑。期待下一篇吧。
