前言

可以通过此博客了解P4部署硬件的流程以及编程结构，对重要的match-action部分内容进行了补充。

P4语言

• P416在P414的基础上降低了语言的复杂度以及提供了核心语言库。
• 最重要的就是P416引入了P4架构模型，定义给定数据平面存在的所有功能块。

P4架构模型

下面是P4通用架构模型介绍：

• 数据包将以流水线的形式被处理，将逐个访问所有块。
• 所有块分为固定块和可编程块。

tips：P4部署设备有好几种，每一种的架构细看不太一样，需要根据厂商给的架构模型来设计程序。目前我所了解到的由V1MODLE、PSA、PISA、VSA、TNA。

• PISA架构中所有块都是可编程的

P4可编程块

• 解析器：一种状态机，标识正在处理的数据包头。
• 控制块：匹配-动作表、执行检查和验证、解析等。

P4编程举例

头定义

所有需要使用的协议都需要自定义格式；左边的片段定义了ethernet的头部和ipv4的报头，右上片段自定义了一个协议报头，右下片段可以将所有结构体结合在一个结构体中。

解析器实现

• 解析器就像一个状态机，定义每个状态的结构。

什么是 match-action pipeline？

• pipeline中每个独立的control块有独立的表

控制块：table实现

• 表块分为action和table部分，其中table里面有一个key用于匹配定义条件，action定义相关操作。

补充资料：P4语法（3）Table，Action - 水喵桑 - 博客园 (cnblogs.com)

匹配动作表定义了匹配字段(key)、动作(action)等相关属性，其处理数据包的流程：

1. 建立其匹配字段key
2. 数据包中去匹配table中的key中的字段，并获得要执行的"action"。
3. 执行动作action
   

key

key由一个个表单对组成（e:m），其中e是对应数据包中匹配的字段，而m是一个match_kind常数用来表示匹配的算法。
例如：

key = {hdr.ipv4.dstAddr:lpm；
}

就是以ipv4头的目的地址作为匹配字段，采用的是lpm（最长前缀字段）匹配方式。
p416 core现在提供三种默认的match_kind：

match_kind{    lpm,//最长前缀字段ternary,//三元匹配exact//完全匹配
}

action

table中的action list是列举了该table支持的action类型

• p4中在table里可以利用action去对封包做出处理，action非常类似于其他高级语言中所示的函数，抽象程度可以很高，并且表现出协议无关的特性，同时也能体现一部分p4的扩展性。
  
• action可以读取控制平面（control plane）提供的数据进行操作，然后根据action的代码内容影响数据平面（data plane）的工作。

对于action的定义：

action action_name(parameter1,parameter2,……){//语句块
}

p4有提供不少基本操作（Primitive Actions）,这些action高度抽象。在p416中，大部分的基本操作被移动到了一些函数库中（arch.p4或者vendor.p4），部分操作依然保留在了core.p4中。另外，更多详细的内容可以在spec查看。

例如，ipv4转发的code：

action ipv4_forward(bit<48> dstAddr,bit<9> port){standard_metadata.egress_spec = port;hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
}

其他属性

p416提供了一些预设的其他属性：

• default_action：当table miss的时候执行的动作。
• counters：计数器
• size：table大小
• implementation：指定table实际运作方式，这部分通常取决于架构，例如v1model中action profile提供了通过hash的方式随机选择一个action profile member去执行。
• const entries：预设的table entry，在编译阶段会写到编译好的档案中。

控制块：apply块实现

• 每个控制块包含一个apply子块，定义数据包处理中那个表会被使用以及应用的顺序。
• 示例中的代码就是定义了ecmp_group和ecmp_nhop两个表的使用及顺序。

P4 程序编译和执行

1. 检查设备符合的模型架构，了解模型功能以及限制
2. 编写完整的P4代码
3. 使用设备制造商提供的编译器编译P4代码
4. 编译器将代码编译成特定的二进制文件，该二进制文件被加载到目标设备。
5. 控制平面软件管理和控制由P4定义的数据平面，例如使用一些开源软件作为终端控制器。

参考资料

1. 【P4可编程】ONF2021 P4Workshop-从四个维度看P4可编程交换机_哔哩哔哩_bilibili
2. P416 Programming for Intel Tofino Using Intel P4 Studio - Vladimir Gurevich & Andy Fingerhut, Intel - YouTube
3. P4 programming language - introduction to network programming with P4 - YouTube
   Note：主要来源于第三个视频，讲的很好，适合浅显了解。深入了解建议直接看p4官网和官方库。