【P4语言学习】Parser解析器

参考文章：王垠：谈谈Parser

簡單介紹 P4 語言（一）- Parser

什么是Parser

传统的parser，一般出现在编译器和编译原理课程中，援引《谈谈Parser》的定义：

首先来科普一下。所谓 parser，一般是指把某种格式的文本（字符串）转换成某种数据结构的过程。最常见的 parser，是把程序文本转换成编译器内部的一种叫做“抽象语法树”（AST）的数据结构。也有简单一些的 parser，用于处理 CSV，JSON，XML 之类的格式。

也就是说，parser 是编译器用来 将人们编写的程序代码，转换成编译器读的懂的代码 的工具，parsing 是这个过程。

机器本身能够读懂的代码，往往具有复杂的逻辑数据结构，不能直接读懂程序员写的代码，这个时候就需要parser了。

那么在P4语言中的parser，我认为和编译过程中的parser相类似：数据包到达Switch的时候，并不能马上进行Match-Action匹配，需要 parser解析器 进行处理加工成MA单元能够匹配的程序。那么这个过程，可以通过P4程序代码的Parser模块进行定义。

P4中的Parser

P4中的Parser解析器模块，包括两个方面：

(1)Header，说明底层解析器解析数据报的时候，有哪些格式(字段长度，值限制等等)的Header可以使用，这些格式下Header的处理细节是什么。

(2)Parser，说明处理该格式Header下的解析工具。

Header

Header定义代码：

header_type ethernet_t {        //header类型：以太网类型
    fields {                    //域
        dst_addr : 48;          //目的地址字段长度：48bit
        src_addr : 48;          //源地址字段长度：48bit
        ether_type : 16;        //以太网类型字段长度：16bit
    }
}

Header实例化代码：

header ethernet_t ethernet;

Header可以类比为C语言中的Structure，在以太网格式域内，将一些特定属性(字段字节长度)说明清楚。

我们可以写一个独立的说明Header的p4程序，并将它include到比较重要的p4程序中。

也就是说，定义的时候说明一些固有属性；那么我们要使用它的时候，就需要把它实例化出来了。

类比，C语言中的Structure定义如下：

struct Node{
    int data;
    Node* next;
}

实例化如下：

struct Node n;

类比之后，就发现其实不难理解。Header实例化的过程，也可以叫做 header instance。

Parser

parser也一样，可以在一个p4程序里面(比如命名为parser.p4)定义，方便编程重构。

按照我的理解，parser工具和工具之间有相互调用的关系，可以通过类似if-else的逻辑判断选用何种parser。

在P4程序中，永远有一个起始的parser，和一个结束的节点。

起始parser，我们叫做start：

parser start {
    return next_parser;    //next_parser 特定协议格式的parser
}

终止节点，一般是：

return ingress;

结束解析器处理阶段，来到Match-Action的Ingress阶段。

援引《简单介绍 P4语言》的这段话：

在每一個 parser 中都會依據目前所分析的內容來決定下一個 parser，直到回傳的內容為 “ingress”（或其他 control function） 為止.

这个目前所分析的内容，我认为是协议类型，当前所要处理的数据报的协议类型(比如IPv4，比如Ethernet等等)决定了要使用的下一个parser工具。

当最后return ingress进入Ingress阶段，或者其他功能模块的时候，结束parsing解析过程。

代码分析(以 处理IPv4数据报 为例)：

parser start {                //parsing，开始调用parser工具。
    return parse_ethernet;    //当前处理的是以太网协议字段，调用处理以太网的parser。
}

parser parse_ethernet {       //处理以太网协议的parser
    extract(ethernet);        //extract，parser工具解析 格式为以太网的Header实例ethernet。
    return select(latest.ether_type) {        //select，类似if-else的逻辑判断，判断条件是以太网字段的长度，根据判断条件决定调用何种工具。
        0x0800 : parse_ipv4;                  //latest.ether_type : 0x0800 ---> 调用处理Ipv4的parser。
        default : ingress;                    //latest.ether_type 属性不为 0x0800 ---> 调用ingress，结束解析。
    }
}

parser parse_ipv4 {            //处理Ipv4协议的parser。
    extract(ipv4);             //解析Ipv4协议。
    return ingress;            //调用ingress，结束。
}

這邊有幾個需要補充的東西：

   1) extract : 將目前的 Packet 以特定的 header 取出來，取出來的資料長度以 header 定義的為主
   2) return : 透過 return 的方式決定要前往哪個 parser、control function（後面會補充），可以直接 return 或是使用 select。
   3) select(select_exp) : 蠻像 C 語言中的 switch case，依據特定的 field 數值去決定要哪一個 parser 或是 control function。
   4) select_exp : 依據 spec，他可以是：
      *  field_ref : 如 ethernet.ether_type
      *  latest.field_name : 以最後 extract 的 header 為主，取用他的 field
      *  current (offset, length) : 以目前的 packet offset 位置開始某固定長度所取得的數值。

说明一下 select(select_exp)，我们可以根据Header的某些特定属性，来决定调用何种parser。这个属性可以是前面提到的 1)当前parser所处理的协议，所属的Header域属性，也可以是 2)最后解析的Header的域(不一定是当前处理的)，还可以是 3)current，参考上文。

类比于C语言中的if-else，就很好理解了。

parser 异常处理 exception

parser 也提供了异常处理exception，格式如下：

parser_error parser_exception_name;

parser_exception_name 有很多种，比如 p4_pe_out_of_packet 等等。

如果我们要执行一个exception，我们需要先定义好 exception handler。

parser_exception p4_pe_out_of_packet {
    /* statements */
    /* return or parser_drop */
}

处理一个exception的方法有很多，但是最后的结果只会有两个，(1)运行指定的function，(2)将该包drop掉。

Egress阶段

与Ingress之前的解析器处理阶段相对应的是 Match-Action 的动作逻辑阶段，需要把Ingress时做的修改，比如add header、modiffy header等等，重新装到packet里面去。

2016/9/28