ovs源码阅读--元组空间搜索算法

摘要：关于元组空间搜索算法的详细介绍可以参考包分类技术这篇文章，本文只对该篇博客进行简单的介绍，其中案例和部分图片来自于包分类技术算法主要组成部分单条的包过滤规则动作以下为具体的例子可以看到一个中有多个字段，每个字段的形式为字段值掩码前缀使用相同

关于TTS（元组空间搜索算法）的详细介绍可以参考OVS+DPDK Datapath 包分类技术这篇文章，本文只对该篇博客进行简单的介绍，其中案例和部分图片来自于OVS+DPDK Datapath 包分类技术

以下为具体的例子：

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

可以看到一个rule中有多个字段，每个字段的形式为 ：字段值/掩码前缀

以下为具体的例子：

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是将有相同规则的rule进行合并，例如上述rule #1和rule #4可以看成是同一个tuple #1，因为其每个字段的掩码都相同，所以tuple有如下特点：

使用相同的匹配字段

每个匹配字段都使用相同的掩码长度

以Tuple #2中的Rule #2为例说明一下，首先用tuple的掩码去与rule中的各个字段值，丢弃tuple不关心的位，得到：

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

然后把这些位拼接起来，就是哈希表的key，转换为二进制如下：

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

最后，用这个key去做散列，即是哈希表的索引

所有的rule都被分成了多个tuple，并存储在相应tuple下的哈希表中

当要对一个包进行匹配时，将遍历这多个tuple下的哈希表，一个一个查过去，查出所有匹配成功的结果，然后按一定策略在匹配结果中选出最优的一个。

下面以ovs中具体的事例进行说明：

首先添加一个rule #1，该rule创建的过程中会创建对应的掩码（mask FF.FF.FF.00），也就是TTS中的Tuple，然后rule与mask进行与操作生成key，通过key进行散列得到一个索引值，最终将该rule #1加入到hash表HT 1对应的索引中

可以看到，同一个哈希表中的mask都是相同的，也就是说每一个tuple对应一个表

接下来收到一个包packet #1，如下图所示，该包查找的过程中，会与所有的hash表进行匹配，由于目前只有一个表HT 1，所以该包会与HT 1对应的mask进行与运算，对其结果进行散列后查到对应表中的结果

同步骤1，此时又来了一个rule #2，按照同样的步骤，创建一个新的表HT 2

收到另一个包Packet #2，同步骤2进行查找，首先与HT 1对应的mask进行匹配查找，无法找到结果

然后与HT 2对应的mask进行查找，查询到对应的结果

通过上述步骤可以看出来，TTS中的时间复杂度与Tuple的数量相关，如果Tuple的数量越多，则耗费的时间越长，当Tuple的数量==表项的数量，此时等同于挨个遍历所有的表项

在上一篇博文中，其中Megaflow Cache的实现就是采用了TTS，在如下图中，每个megaflow cache的表项对应TTS中的rule

具体的实现结构如下图，在最新的ovs中采用的是Mircroflow cache和Megaflow Cache结合的方式，其中可以看到Megaflow Cache是通过链表的形式进行组合的，sw_flow_mask结构体相当于是mask（TTS中的tuple），sw_flow结构体相当于是rule，其中Microflow cache中存放的是上次访问的sw_flow_mask索引，具体的流程会在接下来的博客进行详细的介绍。

OVS+DPDK Datapath 包分类技术

作者：yearsj
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