[P4基础]p4app的Docker镜像仓使用详解

小说:捕鱼注册送6金币的提现棋牌作者:北王辛更新时间:2019-02-17字数:62476

[P4基础]p4app的Docker镜像仓使用详解


How to use the p4lang/p4app Docker image

本文参考 孙勇峰博客 和 p4app README 以及 p4app Dockerfile 结合自己的理解做一些记录,有错误或不足之处欢迎批评指正。

简介

p4app是一个可以构建、运行、调试和测试P4程序的工具,p4app背后蕴含的哲学是“简单的事情应尽可能简单”,旨在使小而简单的P4程序易于编写、易于与他人分享。

p4lang/p4app的镜像结构

Docker 镜像是分层结构以Ubuntu 16.04为base镜像依次构建,p4app为最顶层.
对于如何构建这些镜像,有兴趣的可以看p4app的Dockerfile.

  • p4app
  • p4c
  • pi
  • bmv2
  • third-party
  • Ubuntu 16.04

安装p4app

  • 下载github的p4app源码

    $ git clone https://github.com/p4lang/p4app
  • 为了方便可将p4app脚本拷贝到PATH路径

    $ sudo cp p4app /usr/local/bin
  • 安装docker

以下两种均可

  1. docker安装教程
  2. 一键安装

    $ wget -qO- https://get.docker.com/ | sh

如何使用

p4app运行p4app程序包. p4app程序包是一个以.p4app为后缀的目录,例如你用P4写了一个路由器程序,将其放在router.p4app目录文件夹下. 该目录应当包括你的P4程序、其他与你的程序相关联的文件和一个p4app.json文件. p4app.json指定如何执行你的p4程序(自定义执行动作).

在p4app/examples中包含多个样例,具体如下:

  • broadcast.p4app
  • compile_only.p4app
  • customtopo.p4app
  • multi_iface.p4app
  • multiswitch.p4app
  • paxos_acceptor.p4app
  • simple_counter.p4app
  • simple_router.p4app
  • source_routing.p4app

例如,你要执行simple_router.p4app程序包

$ p4app run p4app/examples/simple_router.p4app

当你执行这条命令,最终会进入mininet命令行界面.

那么执行这条命令后具体发生了什么?我们先来看看p4app这个可执行脚本在做什么

  • Ps:对于脚本感兴趣的可以查看p4app脚本源码

p4app可执行脚本详解

p4app命令参数

  • p4app run
    • 运行p4app程序包
  • p4app run
    • 运行p4app程序包并指定target
  • p4app build
    • 构建p4app程序包并输出json文件
  • p4app pack
    • 将p4app程序包压缩为单个文件,替换当前目录下的p4app程序包,使用gzip压缩
  • p4app unpack
    • 解压上述压缩包
  • p4app update
    • 更新到最新版本的p4app的docker镜像
  • p4app exec
    • 在最新运行的p4app容器实例中执行一条命令

p4app run 内部具体执行流程

以simple_router.p4app为例

  1. 执行run-comman函数
    • 传入参数为目录

      //如simple_router.p4app
      $ run-p4app /tem/p4app.tar.gz.XXXXXX
    • 传入参数为文件

      $ run-p4app 文件的绝对路径
      简单理解,如果是文件夹就压缩打包后传入其路径,是文件就传入绝对路径.
  2. 执行run-p4app函数

    重点来了,运行p4app容器实例

    $ docker run --privileged --interactive --tty --rm 
        --name "p4app_$RANDOM" 
        -v $1:/tmp/app.tar.gz 
        -v "P4APP_LOGDIR":/tmp/p4app_logs 
        $P4APP_IMAGE /tmp/p4app.tar.gz "${@:2}"
    #docker run 
    # --tty 分配tty设备 可支持终端登录
    # --interactive 打开STDIN 用于控制台交互
    # 上面两个是-it
    # --name 随机取了一个名字
    # -v 将主机上/tmp/p4app.tar.gz.XXXXXX 挂载到容器的 /tmp/app.tar.gz 中
    #  如果只是文件 将文件绝对路径挂载到容器的 /tem/app.tar.gz中
    # -v 将主机的log目录挂载到容器的/tmp/p4app_logs 中
    #  $P4APP_IMAGE $APP_TO_RUN "${@:2}"
    #  指定 镜像 文件 其他参数(指定target)
  3. 进入容器实例

    p4app容器实例启动后执行的是p4apprunner.py脚本

    p4apprunner.py参数

    • 必要参数
      • app
        • p4app程序包路径
      • target
        • compile-bmv2 编译成bmv2目标
        • mininet 单P4交换机测试
        • multiswitch 多P4交换机测试
        • stf 进行stf测试
        • custom
    • 可选参数
      • --buid-dir
        • 构建目录,默认为/tmp
      • --quiet
        • 不显示log消息
      • --build-only
        • 仅编译不运行
      • --json
        • Use this compiled JSON file instead of compiling
      • --manifest
        • manifest 清单文件路径,默认为./p4app.json

    p4apprunner.py解析流程

    1. 解压提取p4app程序包
    2. 根据p4app程序包中的p4app.json解析
    3. 根据其中的target执行相应函数

p4app build 具体执行流程

  1. 执行build-command函数

    $ run-command --build-only "${@:3}"
  2. 执行run-command函数(同上)
  3. 执行run-p4app函数(同上)
  4. 进入容器实例(同上)
  5. copy容器中$P4APP_LOGDIR/program.json到host本地目录下

总结,添加--build-only选项,仅编译p4app程序输出json文件

p4app运行流程小结

  1. 第一次运行p4app时会自动下载docker镜像p4lang/p4app:latest
    • 该镜像中包括P4编译器、mininet、抓包工具tshark、发包工具scapy、net-tools和nmap套件等工具
  2. 启动一个p4app容器实例,并在容器中执行p4apprunner.py脚本
  3. 根据传入的p4app.json执行相应操作

p4app.json解析

p4app程序包最终如何运行,由manifest指定的p4app.json文件配置.

例如:simple_router.p4app的p4app.json如下

{
  "program": "simple_router.p4",
  "language": "p4-16",
  "targets": {
    "mininet": {
      "num-hosts": 2,
      "switch-config": "simple_router.config"
    }
  }
}

当有多个target时,需要指定一个默认的target,否则p4app运行其中的第一个target.
(Ps:纠正孙勇峰博客中说的随机运行其中一个)

{
  "program": "my_program.p4",
  "language": "p4-14",
  "default-target": "debug",
  "targets": {
    "debug": { "use": "mininet", "num-hosts": 2 },
    "test1": { "use": "stf", "test": "test1.stf" },
    "test2": { "use": "stf", "test": "test2.stf" },
  }
}

注意其中的"use"字段,若没有指定"use"字段则默认为"use":"前面的targets名"

targets字段详解

<1>compile-bmv2

将p4程序编译成bmv2目标,例如:样例compile_only.p4app

{
      "program": "compile_only.p4",
      "language": "p4-14",
      "targets": {
        "compile-bmv2": {
          "compiler-flags": ["-v", "--p4runtime-file out.bin", "--p4runtime-format json"],
          "run-after-compile": ["cat out.bin"]
        }
      }
}

<2>mininet

编译一个P4程序,并加载到一个BMV2 simple_switch中,然后创建一个mininet实验环境.
支持以下可选的配置

"mininet": {
    "num-hosts": 2,
    "switch-config": "file.config"
}

mininet将创建一个星型网络拓扑,包含num-hosts个host并通过不同端口连接到你的P4模拟交换机.

你可以通过switch-config文件指定P4模拟交换机的启动配置,配置文件中是一系列 BMV2 simple_switch_CLI 命令.

<3>multiswitch

multiswitch与mininet类似,编译P4程序并运行在mininet环境. multiswitch顾名思义可支持配置多个交换机、自定义拓扑并自定义在host上执行命令. 这些交换机默认自动配置L2/L3转发规则,用于所有host之间的互通. (前提是P4程序中包含ipv4_lpm、send_frame、forwar table)
例如:multiswitch.p4app

{
  "program": "simple_router.p4",
  "language": "p4-16",
  "targets": {
      "multiswitch": {
      "auto-control-plane": true,
      "links": [["h1", "s1"], ["s1", "s2"], ["s2", "h2", 50]],
      "hosts": {
        "h1": {
            "cmd": "python echo_server.py $port",
            "startup_sleep": 0.2,
            "wait": false
        },
        "h2": {
            "cmd": "python echo_client.py h1 $port $echo_msg",
            "wait": true
        }
      },
      "parameters": {
        "port": 8000,
        "echo_msg": "foobar"
      }
    }
  }
}

该配置创建如下拓扑:

h1 <---> s1 <---> s2 <---> h2

其中 s2-h2 链路人工配置了50ms的时延. 而host的可选配置选项如下:

  • cmd
    • 在host上运行的可执行命令
  • wait
    • 如果配置为true,表示等待此命令执行结束;配置为false,表示在后台运行此命令.
  • startup_sleep
    • 启动命令执行完成后必须等待的时间(单位为秒)
  • latency
    • 主机与交换机之间的时延. 可配置为纯数字(默认单位为秒)或具有时间单位的字符串(例如50ms或1s). 该配置将覆盖link对象中设置的时延.

限制:目前每个host只能连一个switch

此外,mulitswitch还支持以下配置

指定每个交换机的表项

路由表(ipv4_lpm,send_frame 和 forward)在本 target 中会自动下发. 另外,使用者可根据自己的需要下发表项到每个交换机中,形式为包含一个命令文件或命令数组。这些自定义的表项优先级比路由表的自动生成的高. 例如:

"multiswitch": {
  "links": [ ... ],
  "hosts": { ... },
  "switches": {
    "s1": {
      "entries": "s1_commands.txt"
    },
    "s2": {
      "entries": [
        "table_add ipv4_lpm set_nhop 10.0.1.10/32 => 10.0.1.10 1",
        "table_add ipv4_lpm set_nhop 10.0.2.10/32 => 10.0.2.10 2"
      ]
    }
  }
}

如果上述 s2 表项与自动生成的表项一样(例如自动生成的表项 set_nhop 10.0.1.10 / 32),这些自定义表项将具有更高的优先权,在下发表项时将警告表项重复。

自定义拓扑

可以通过topo_module选项指定自己的mininet Topo类. 例如:

"multiswitch": {
  ...
  "topo_module": "mytopo"
  ...
}

将mytopo.py与manifest文件(p4app.json)放置在同一目录下,同时实现CustomAppTopo类. 可扩展默认的apptopo.AppTopo类. 例如样例customtopo.p4app:

# mytopo.py
from apptopo import AppTopo

class CustomAppTopo(AppTopo):

    def __init__(self, *args, **kwargs):
        # Initialize the top topo
        AppTopo.__init__(self, *args, **kwargs)

        manifest, target = kwargs["manifest"], kwargs["target"]

        print "Using target:", manifest["targets"][target]

        # Update a link"s latency
        for link in self.iterLinks(withInfo=True):
            n1, n2, info = link
            if n1 == "s1" and n2 == "s2":
                info["delay"] = "123ms"

        print self.links(withInfo=True)
自定义控制器

类似topo_module选项,可通过controller_module选项自定义控制器. 该选项必须自己实现一个CustomAppController类的python脚本. 默认的控制器类为appcontroller.AppController,可直接对该类进行扩展. 详见样例customtopo.p4appmycontroller.py.

自定义mininet host运行程序

AppProRunner类是负责执行每个mininet host中的程序,通过指定controller_module选项,你可以重写登录和关闭host的默认行为,该模块也必须自己实现CustomAppController类. 默认的控制器类为appprocrunner.AppProcRunner,可直接对该类进行扩展. 详见样例customtopo.p4appmyprocrunner.py.

logging日志

当运行multiswitch时,host上的临时目录 /tmp/p4app_log 将挂载到容器实例的 /tmp/p4app_log . 运行p4app后, host 上保存有所有的log. 来着host 命令的stdout标准输出也 将保存到该目录,如果你需要保存某个命令的输出 log,可以将其输出到该目录.

设置"bmv2_log":true,保存P4交换机的调试log.
设置"pcap_dump":true,抓取所有交换机的报文,保存为PCAP格式.

以上文件将保存到host的P4APP_LOGDIR目录中. 详见样例broadcast.p4app

Cleanup命令

在运行target后,mininet stop之前,如果需要在docker容器实例内执行命令,可使用after选项,且必须包含cmd,可以是一个或多个命令,例如:

"multiswitch": {
  "links": [ ... ],
  "hosts": { ... },
  "after": {
    "cmd": [
      "echo register_read my_register 1 | simple_switch_CLI --json p4src/my_router.p4.json",
      "echo register_read my_register 2 | simple_switch_CLI --json p4src/my_router.p4.json"
    ]
  }
}

<4>stf (simple test framework)

编译P4程序并运行一个stf测试用例. stf是一种模拟网络测试框架,可以测试你的P4程序以确保达到预期行为.
例如:simple_counter.p4app

//json文件
"stf": {
      "test": "simple_counter.stf"
    }
//stf文件
add test1 data.f1:0x01010101 c1_2(val1:0x01, val2:0x02)
add test1 data.f1:0x02020202 c1_2(val1:0x10, val2:0x20)

add test2 data.f2:0x03030303 c3_4(val3:0x03, val4:0x04, port:1)
add test2 data.f2:0x04040404 c3_4(val3:0x30, val4:0x40, port:2)

expect 1 01010101 03030303 01 02 03 04
packet 0 01010101 03030303 55 66 77 88
expect 2 01010101 04040404 01 02 30 40
packet 0 01010101 04040404 55 66 77 88
expect 1 02020202 03030303 10 20 03 04
packet 0 02020202 03030303 99 88 77 66
expect 2 02020202 04040404 10 20 30 40
packet 0 02020202 04040404 14 25 36 47

“test”字段指定的配置文件必须使用stf格式编写. 但是目前还没有该格式的说明文档

<5>custom

这是第三种编译P4程序并运行mininet实验环境的方法.

允许使用者在“program”字段指定自定义python程序. 可通过mininet的python api指定网络拓扑和配置.

例如:simple_routing.p4app

{
  "program": "source_routing.p4",
  "language": "p4-14",
  "targets": {
      "custom": {
           "program": "topo.py"
      }
  }
}

在运行topo.py时,将默认执行以下操作:

PYTHONPATH=$PYTHONPATH:/scripts/mininet/ python2 topo.py 
                        --behavioral-exe simple_switch 
                        --json SOME_FILE 
                        --cli simple_switch_CLI

同时可以指定其他参数传递给自定义拓扑程序,方法是将它们包含在 program 定义中,如下所示:

{
  "program": "source_routing.p4",
  "language": "p4-14",
  "targets": {
      "custom": {
           "program": "topo.py --num-hosts 2 --switch-config simple_router.config"
      }
  }
}

可以通过python获取docker容器ID

import os
container = os.environ["HOSTNAME"]
print "Run the switch CLI as follows:"
print "  docker exec -t -i %s %s" % (container, args.cli)

高级功能

  • 使用自定义的Docker image
    如果你热衷于研究P4工具链和P4app脚本,你可以自己构建docker镜像来代替标准的p4lang images. 只需要通过P4APP_IMAGE环境变量配置docker镜像即可. 例如:

    P4APP_IMAGE=me/my_p4app_image:latest p4app run p4app/examples/sinmple_router.p4app
  • 指定manifest文件
    默认情况下,p4app使用p4app程序包中的p4app.json的manifest文件. 如果你的manifest文件名称不是p4app,可以通过--manifest指定. 例如:

    p4app run myapp.p4app --manifest testing.json
    p4app run myapp.p4app --manifest testing.p4app
  • 指定log目录
    默认情况下,p4app挂载host的/tmp/p4app_logs目录到docker容器实例的/tmp/p4app_logs中. bmv2或其他任何程序输出都保存到该目录. 可通过P4APP_LOGDIR环境变量指定其他目录为log目录. 例如:

    P4APP_LOGDIR=./out p4app run myapp.p4app

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发布时间:2019-02-17 14:52:34

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编辑:华文辛侯

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