前言：

为了方便灵活性，ONOS采取的是一种模块化结构，一方面能灵活地组织各种模块，容易让开发者扩展出新的模块，同时通过隔离令系统的模块各司其职而不会互相干扰。实际上ONOS是由多个子系统组成，本文将对ONOS中几个比较有代表性的子系统进行介绍。

基础——OSGi:

ONOS由多个模块组合而成，实际上ONOS是基于OSGi bundles实现的。OSGi是一个基于插件式的软件架构，包含OSGi框架和插件。这种插件被称之为Bundle，Bundle可以被动态地加载和卸载，动态升级也就可以被实现了（有点像Erlang的OTP提供的热代码替换，不过OTP和Erlang结合更紧密），通过使用OSGi，Java应用就可以实现良好的模块化。OSGi框架规范提供了一个通用的安全的Java框架，Bundle服务应用的部署、扩展全都依赖于该框架。

OSGi体系架构：

JVM运行在硬件上，JVM上包含Execution Environment、Modules、Life Cycle、Services、Security等内容。事实上，OSGi是一个非常强大，同样非常复杂的框架。ONOS使用了它，能大大提升灵活性。

ONOS设计目标：

ONOS的设计目标包含以下几点：

1.代码的模块化：扩展其他组件更容易。

2.可配置性：灵活的配置能实现灵活的架构，同时也能提高可定制性。

3.问题的分离：每个模块负责自身所属的工作内容。如果子系统间有明确的界限，就可以充分利用模块化的好处。

4.协议不可知：ONOS本身和它的应用都不应该被绑定到特定的协议库或实现。

在ONOS中，每个子系统都有自己的源码树，ONOS吸收了Maven的分层POM组织方式，因而每个子项目拥有自己的pom.xml文件。

至于配置方面，因为ONOS使用了Karaf作为其OSGi框架，这使得动态模块载入成为可能，同时Karaf提供了诸如允许使用标准JAX-RS API去开发REST API使其更安全、运行时方便日志级别的设置和容易扩展的CLI等特性。

在ONOS中，Protocol-aware network-facing模块被用于与网络的交互，Protocol-agnostic system core用于跟踪和服务与网络状态的信息等，应用程序与core通过北向API通讯，而network-facing模块使用南向API与core通讯，通过层层分离，实现模块化。

如果我们要使用一种新的协议，我们必须能够构建出一个相应的network-facing模块，作为一个插件在运行时加载至ONOS。

ONOS子系统结构：

ONOS中，一个子系统是一系列服务的集合。

ONOS定义了几个主要的subsystem，如：

• Device Subsystem：管理基础设备的详细清单；
• Link Subsystem：管理基础链接的详细清单；
• Host Subsystem：管理终端主机和它们在网络中的位置；

还有一些诸如Topology Subsystem、FlowRule Subsystem等子系统。

在ONOS中，一个子系统的组件驻留在三个主要层,并且可以由一个或多个Java接口实现，如图所示：

Provider：

这是ONOS堆栈中最底层的部分。Provider接口通过特定协议的库通向网络，通过ProviderService接口调用core。protocol-aware provider负责使用多种控制和配置协议与网络互动，同时提供特定服务的感知（sensory）数据给core。有时Provider也会收集来自其他子系统的数据，转换为特定服务的数据。

在Provider中还包含Provider Id，一个Provider必须和一个Id关联标识。

一个子系统可能会包含多个Provider，可以指定Provider是主Provider还是从属的Provider。在ONOS的Device Subsystem中能支持多个Provider。

Manager：

Manager是一个驻留在core中的组件，Manager负责接受来自Provider的信息、为上层应用和服务提供服务等工作。

它提供了数个接口：

• 一个用于给其他组件读取网络状态的北向接口；
• 一个用于执行管理命令和应用网络状态的AdminService接口；
• 一个被Provider用于注册的ProviderRegistry南向接口；
• 一个提供给已经注册的Provider用来对manager收发信息的ProviderService南向接口；

在core中有一个Store的组件，与Manager紧密结合，它主要负责索引、持久化和同步来自Manager的消息。

Application：

应用程序通过AdminService和其他服务接口聚合消息，被Manager使用和操作。应用程序的功能多种多样，比如显示网络拓扑、节点等。

Application和Provider一样要和一个Id关联，这里称之为ApplicationId。被ONOS用来跟踪应用程序的上下文。一个应用程序若想得到一个合法ID，它必须提供它的名字，使用CoreService注册。

几个子系统的简单介绍：

1. Provider的职责例子——Device Subsystem

这个子系统负责发现和跟踪组成网络的设备，同时允许操作者和应用程序控制它们。大多数的ONOS核心子系统都依赖于这个子系统所创建和管理的Device和Port对象模型或其provider被用于与网络交互。

Device Subsystem包含以下几个部分：

• 一个DeviceManager，通过DeviceProviderService接口与多个Provider关联，通过DeviceService接口与多个监听者（listener）关联。
• DeviceProviders，每一个都有自己的网络协议库的支持。
• 一个DeviceStore，跟踪Device模型对象和生成DeviceEvents。

下图是OpenFlow Subsystem的示意图，可以清楚地看到其南向接口和OF控制器的交互过程：

2.Store的职责例子——集群协调

如果我们部署一套多实例ONOS，实际上它是由多个拥有一个唯一的NodeId的实例或节点组成的集群。每一个节点都可以感知网络的一部分状态。本地的状态分段由节点管理，在集群中以事件传播。事件被Store生成，它们通过分布式储存与集群中的所有节点共享。

根据具体服务的需求，储存的内容可以有不同的特征，如强一致性或最终一致性，这使得每个服务的储存根据需求采用合适的分布机制。

目前ONOS主控部分采用Hazelcast以达到强一致性，而Device、Link等部分的管理使用乐观的复制技术辅以gossip协议以确保最终一致性。

如果两个不同节点上的子系统是相同的，子系统将会直接通过Store与另一个进行同步。但是同步的只是一部分的状态，如，对于DeviceStore，它只知道设备的状态而不了解其他的，如怎样跟踪链接状态的信息。

目前除了拓扑管理这部分，其他所有服务都要访问分布式储存。

两个子系统间的同步示意图如下：

结语：

本文介绍了ONOS的模块化架构及子系统的结构，并通过具体的两个例子介绍子系统中一些概念的运用情况。希望本文能对各位研究ONOS的研究者有所帮助。

作者简介：何智刚，2015至今，现为广东的一名在校高三学生，在学习之余，主要研究Docker,OpenStack，SDN，对领域都有所涉猎，目标是迈向full stack。