P4 Specs是最正宗的理论教材了。从概念到架构到语法，一步一步地介绍P4语言。如果遇到讲解不清楚的专有名词或statement，可以查一查C语言的相关介绍，因为P4有很多地方都借鉴了C，少量借鉴了Java。
学习理论知识的同时还得多练习。虽然Intel P4 Suite不免费，不提供给个人用户使用，但Github上还有开源的 p4c编译器。还有一些开源的教程，利用 bmv2软件交换机和mininet作为数据面，而且Control Plane也都写好了，咱们只需要专注数据面编程的学习就可以。
推荐2个开源教程。一个是P4官方教程p4lang/tutorials，一个是瑞士苏黎世联邦理工学院的nsg-ethz/p4-learning。
此外还有一个jafingerhut/p4-guide，面向专业的开发者，对初学者不太友好；Xilinx的 P4-NetFPGA教程不免费，只能看到Slides，看不到code。如果你是某个大学的学生或者老师，倒是可以注册申请一个免费的License访问Github project，获取部分的内容。
p4lang/tutorials提供了Vagrant脚本来安装虚拟机和全套的实验环境，但是因为虚拟机无法直接科学shang网，如果直接用官方脚本来安装的话，不会成功的。
SDNLAB用户 @zenbox 制作了一个VM，可以拿来直接用。在这里下载。
这个VM是3年前制作的，基于ubuntu 16.04。如果想用最新的基于ubuntu 20.04的学习环境，可以用我修改后的Vagrant和bash脚本，替换tutorials/vm-ubuntu-20.04/里的同名文件之后，再执行vagrant up即可。传送门：
https://github.com/chenghit/p4learning-setup/tree/main/p4lang-tutorials
改动有这么几处：
--- /Users/chengc2/p4-learning-env-setup/p4lang-tutorials/Vagrantfile Sun Jan 30 12:42:59 2022
+++ /Users/chengc2/p4-learning-env-setup/p4lang-tutorials/Vagrantfile.backup.rb Sun Jan 30 13:35:35 2022
@@ -14,7 +14,6 @@
dev.vm.provider "virtualbox" do |v|
v.name = "P4 Tutorial Development" + Time.now.strftime(" %Y-%m-%d")
end
- dev.vm.network "private_network", ip: "192.68.56.21"
dev.vm.provision "file", source: "py3localpath.py", destination: "/home/vagrant/py3localpath.py"
dev.vm.provision "shell", inline: "chmod 755 /home/vagrant/py3localpath.py"
dev.vm.provision "file", source: "patches/disable-Wno-error-and-other-small-changes.diff", destination: "/home/vagrant/patches/disable-Wno-error-and-other-small-changes.diff"
@@ -32,7 +31,6 @@
release.vm.provider "virtualbox" do |v|
v.name = "P4 Tutorial Release" + Time.now.strftime(" %Y-%m-%d")
end
- release.vm.network "private_network", ip: "192.68.56.22"
release.vm.provision "shell", path: "root-release-bootstrap.sh"
release.vm.provision "shell", path: "root-common-bootstrap.sh"
release.vm.provision "shell", privileged: false, path: "user-common-bootstrap.sh"
@@ -54,5 +52,4 @@
vb.customize ["modifyvm", :id, "--vram", "32"]
end
-end
-+end
\ No newline at end of file注意： 从macOS VirtualBox 6.1.28版本开始，仅允许为host-only网卡配置192.68.56.0/21范围内的IP地址。如果要配置其他范围的IP地址，则要新建一个/etc/vbox/networks.conf文件，把允许的subnet写进去，并且不能有空行，否则会触发另外一个VBoxNetAdpCtl相关的bug。下面是一个例子：
* 10.0.0.0/8 192.168.0.0/16
* 2001::/64为root-dev-bootstrap.sh和root-release-bootstrap.sh两个文件增加以下内容，把安装源改为阿里云：
sudo mv /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.backup
sudo tee -a /etc/apt/sources.list > /dev/null <<EOT
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
EOT
sudo apt-get update将所有的git clone https://改为git clone git://，要不然安装进程会卡死在clone的步骤。说到这里，建议大家不要尝试启动dev虚机。因为有很多第三方的开发套件是采用git clone https://方式安装的，如果前面没有能处理墙的路由器，安装进程会卡死在那里。
因为Debian/Ubuntu有个bug，可能会导致apt-get多个文件的时候出现Undetermined Error。为了规避这个bug，给root-dev-bootstrap.sh和root-release-bootstrap.sh两个文件的apt-get增加-o Acquire::http::Pipeline-Depth="0"参数。
nsg-ethz/p4-learning是正了八经儿持续14周的大学课程，Slides教材更新到2020年，内容丰富。它的exercise和demo和p4lang/tutorials有一些区别，互为补充。下面是到目前为止两个教程的Exercises，大家可以比较一下。
| p4lang/tutorials exercises | nsg-ethz/p4-learning exercises |
|---|---|
| basic | Reflector |
| basic_tunnel | Repeater |
| calc | L2_Basic_forwarding |
| ecn | L2_Flooding |
| firewall | L2_Learning |
| link_monitor | MPLS |
| load_balance | RSVP |
| mri | ECMP |
| multicast | Flowlet_Switching |
| p4runtime | Heavy_Hitter_Detector |
| qos | Count-Min-Sketch |
| source_routing | Simple_Routing |
| Traceroutable | |
| Congestion_Aware_Load_Balancing | |
| Packet-Loss-Detection | |
| Fast-Reroute |
这两个教程都不仅可以用来学习，也适合拿来做开发的参考。羡慕他们的Lab，8台Wedge100BF-32X
这套教程的实验环境所采用的组件和p4lang/tutorials基本相同，主要的区别在于p4lang/tutorials的实验拓扑和控制面是相对固定的，而nsg-ethz/p4-learning提供了一个开发套件P4-Utils，其控制面和拓扑更加灵活，还可以自定义拓扑，自己设计一个exercise。
在学习的时候要注意对照项目WiKi。比如我一直搞不明白为什么在定义portId类型的时候要占位9个bits？
typedef bit<9> egressSpec_t;后来看了项目WiKi才知道，BMv2 Simple Switch Architecture Model预定义的standard metadata fields就规定了端口号的类型是bit<9>。因为要从standard metadata取值，或者赋值给standard metadata，所以在为ingress port和egress port声明变量类型的时候，也必须用bit<9>。等真正做项目的时候，端口类型的bit宽度则取决于具体的target（设备/芯片）。不同的target有不同的Architecture Model，metadata/SDK/extern API也不一样，落到P4代码自然也会存在一些差异。
P4-Utils已经不再提供官方预配的VirtualBox VM镜像，只提供QEMU VM镜像。下载地址和详情请见安装指南。
知乎用户 @YAOJ 做了一个OVA，这里下载。用VirtualBox导入OVA运行VM之后，记得在Power Manager里面关闭Display power management和Light Locker，要不然VM容易进入黑屏状态，只能重启VM才能恢复。
P4-Utils现已迁移到新版本，基于Python 3，API和Python库也有一些变化。@YAOJ 制作的VM还都是2019年9月的文件，基于Python 2和老版的Python库，exersice也少了一些。所以最好还是找一个可以访问真正的Internet的环境，用脚本安装；要么就从官方安装指南下载最新版本QEMU格式的image，然后安装qemu-img，把它转换成vmdk、vdi或者vpc格式。macOS的操作步骤如下：
brew install qemu # 安装qemu-img
cd ~/Downloads/ # 进入解压缩.tar.gz文件之后，存放qcow2文件的目录
qemu-img convert -f qcow2 -O vdi p4-utils-vm.qcow2 p4-utils-vm.vdi # 把qcow2镜像转换成VirtualBox VDI格式转换之后，用VirtualBox新建一个64位Ubuntu虚拟机，导入p4-utils-vm.vdi作为硬盘文件，用户名/密码：p4/p4。
如果虚拟机的Grub图形界面无法工作，则需要设置安装源，然后安装ubuntu-desktop或者其他的GUI程序，再安装VirtualBox Guest Additions。这个VM的OS版本是Ubuntu 18.04，Codename为Bionic。在安装GUI程序的时候，别忘了给apt-get命令添加-o Acquire::http::Pipeline-Depth="0"参数。
当我们使用mininet做练习时，xterm需要在图形界面运行，所以GUI程序至关重要。
我的校友，C记前同事 @YAOJ （我在强行往自己脸上贴金）在知乎写了一个系列的《P4学习笔记》。这份笔记基于nsg-ethz/p4-learning，写得很系统，其中第6篇笔记介绍了使用P4-Utils自行设计exercise的方法，是非常优秀的中文入门教材。
宇宙的尽头是考公，P4的尽头是packet format、table、register、counter、meter、pipeline。以往学网络，学的都是BGP等Control Plane的协议；现在学P4，是在Date Plane上编程，要深入理解Pipeline。虽然不是所有的芯片都支持P4，但学习P4对理解ASIC、FPGA、DPU等芯片，以及反过来理解Control Plane协议都会有些帮助。