UA編程API是(shì)FAST平台支持軟硬協同分組處理的(de)基礎。基本編程API爲(wéi / wèi)UA提供了(le／liǎo)與硬件流水線交互的(de)基本手段。擴展API是(shì)面向FAST流水線中特定硬件模塊而(ér)設計的(de)API，主要(yào / yāo)通過對基本API再次封裝實現。擴展API的(de)使用可以(yǐ)大(dà)大(dà)簡化UA編程的(de)複雜性。本文以(yǐ)SDN交換規則管理爲(wéi / wèi)例，詳細介紹擴展API的(de)優點，實現方法和(hé / huò)工作流程。
一、擴展API簡介
FAST基本API爲(wéi / wèi)FAST流水線中硬件模塊設計者提供了(le／liǎo)與軟件通信的(de)接口。模塊設計者還應根據模塊提供的(de)功能，基于(yú)基本API爲(wéi / wèi)用戶提供擴展的(de)API，以(yǐ)簡化UA編程的(de)複雜性。
（1）擴展API的(de)優點
擴展API可以(yǐ)簡化用戶UA編程的(de)複雜性。例如，FAST的(de)SDN交換流水線包含了(le／liǎo)GPP，GKE，GME，GAC和(hé / huò)GOE等功能模塊。UA需要(yào / yāo)配置GME（通用匹配引擎）模塊的(de)規則表和(hé / huò)GAC（通用動作執行）模塊中的(de)動作表以(yǐ)實現對特定報文的(de)match-action操作。UA直接使用fast_ua_hw_rd()和(hé / huò)fast_ua_hw_wr()函數對GME和(hé / huò)GAC模塊中的(de)表進行配置存在(zài)兩個(gè)不(bù)便。
一是(shì)每次操作必須提供操作地(dì / de)址等底層信息，而(ér)這(zhè)一信息與硬件模塊實現相關。UA使用這(zhè)些地(dì / de)址對低層配置與SDN交換機需要(yào / yāo)對轉發層進行抽象的(de)原則相違背；二是(shì)由于(yú)fast_ua_hw_rd()和(hé / huò)fast_ua_hw_wr()函數每次隻能訪問32位數據，對一條SDN規則的(de)FlowMod配置需要(yào / yāo)拆分成訪問不(bù)同模塊的(de)多次操作，增加了(le／liǎo)編程的(de)複雜性。
爲(wéi / wèi)簡化SDN規則管理，可在(zài)FAST編程庫中可定義一些專用的(de)數據結構。例如描述SDN網絡中流的(de)flow結構，對應FlowMod消息的(de)fast_rule結構等。基于(yú)這(zhè)些結構，可擴展UA編程API，爲(wéi / wèi)UA編程提供更高層次的(de)抽象，簡化編程的(de)複雜性。
（2）擴展API實現方法
擴展API的(de)實現主要(yào / yāo)分爲(wéi / wèi)兩個(gè)步驟。一是(shì)爲(wéi / wèi)UA編程定義數據結構，屏蔽底層實現細節；二是(shì)根據UA編程需求，設計相應的(de)API函數。以(yǐ)下仍以(yǐ)SDN交換爲(wéi / wèi)例說(shuō)明。
由于(yú)SDN轉發面的(de)管理主要(yào / yāo)是(shì)對規則進行增加，删除等操作，因此FAST定義了(le／liǎo)Fast_rule數據結構，如下所示。因此UA在(zài)編程實現SDN的(de)規則管理時(shí)，隻需要(yào / yāo)實現對上(shàng)述規則的(de)操作即可，而(ér)不(bù)需要(yào / yāo)考慮規則的(de)具體存儲地(dì / de)址。我們會在(zài)基于(yú)FAST的(de)SDN交換實現相關文檔中詳細介紹Fast_rule數據結構。
基于(yú)Fast_rule數據結構，可以(yǐ)爲(wéi / wèi)SDN規則管理定義如下5個(gè)擴展的(de)API。分别實現規則表的(de)初始化、規則添加、規則删除和(hé / huò)規則打印等功能，如下表所示。
顯然，基于(yú)上(shàng)述擴展API，可以(yǐ)方便的(de)實現對SDN轉發規則的(de)管理，簡化了(le／liǎo)UA設計的(de)複雜度。
二、擴展API的(de)實現
下圖以(yǐ)Fast_add_rule()爲(wéi / wèi)例，介紹了(le／liǎo)擴展API的(de)實現流程。其中UA程序實現了(le／liǎo)交換機上(shàng)的(de)openflow通道(dào)功能，需要(yào / yāo)根據SDN控制器發來(lái)的(de)Flowmod指令對FAST硬件流水線中的(de)規則進行管理。
以(yǐ)增加規則爲(wéi / wèi)例，UA首先按照FlowMod消息中包含的(de)規則和(hé / huò)動作信息，構造fast_rule結構體，然後調用FAST編程庫中所提供的(de)fast_rule_add()将fast_rule結構體攜帶的(de)流表配置信息經FAST内核和(hé / huò)FAST驅動，寫入硬件GME模塊和(hé / huò)硬件GAC模塊所關聯的(de)lookup表中。
圖1 擴展API的(de)執行過程
每個(gè)FlowMod消息涉及到(dào)對FAST硬件流水線中GME和(hé / huò)GAC兩個(gè)模塊對應的(de)規則表和(hé / huò)action表進行管理，而(ér)fast_rule_add()函數向用戶屏蔽了(le／liǎo)這(zhè)一硬件實現細節。