Smarticen Notes

1.ebpf程序开发环境

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经过0. 什么是ebpf中的介绍，我们希望直接使用支持co-re的内核，推荐5.x及之上，这样ebpf程序编写起来就方便多了。

ebpf代码的开发需要依赖下面的工具

  • 编译ebpf的LLVM
  • C语言编译工具make
  • ebpf工具集与其依赖的内核头文件
  • libbpf库
  • ebpf管理工具bpftools

ubunt直接执行下面的命令即可完成安装

sudo apt-get install -y  make clang llvm libelf-dev libbpf-dev bpfcc-tools libbpfcc-dev linux-tools-$(uname -r) linux-headers-$(uname -r)

ebpf程序的开发执行过程可以分为下面几步

  1. 编写ebpf程序并编译为bpf字节码
  2. 通过bpf系统调用，将bpf字节码提交到内核
  3. 内核通过验证就可以等待触发执行了
  4. 用户程序可以通过map与ebpf进行交互

如果是入门的话，或者不需要深入了解ebpf底层，可以借助BCC工具来简化ebpf程序的开发过程。

监控openat的程序示例

正如标题，实现一个openat系统调用触发的ebpf程序。

使用c编写ebpf程序

借助bpf辅助函数来完成开发

int hello_world(void *ctx)
{
    bpf_trace_printk("Hello, World!");
    return 0;
}

这段代码会在内核当中。这里的bpf_trace_printk函数会将字符串输出到内核调试文件 /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe ，你可以直接使用 cat 命令来查看这个文件的内容。

借助python+BCC开发应用程序

负责将ebpf程序挂载到对应的内核探针上，并通过map来和内核中的ebpf程序交互。

#!/usr/bin/env python3
# 1) import bcc library
from bcc import BPF
 
# 2) load BPF program
b = BPF(src_file="hello.c")
# 3) attach kprobe
b.attach_kprobe(event="do_sys_openat2", fn_name="hello_world")
# 4) read and print /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe
b.trace_print()

在这个用户程序中，我们将ebpf程序加载到了内核，然后指定do_sys_openat2调用，触发ebpf函数中的hello_world函数的执行。

最后打印调试文件中的内容。

ebpf程序优化

自定义ebpf程序中的数据格式，然后保存到map当中，用户程序通过map进行交互。

// 包含头文件
#include <uapi/linux/openat2.h>
#include <linux/sched.h>
 
// 定义数据结构
struct data_t {
  u32 pid;
  u64 ts;
  char comm[TASK_COMM_LEN];
  char fname[NAME_MAX];
};
 
// 定义性能事件映射
BPF_PERF_OUTPUT(events);
 
// 定义kprobe处理函数
int hello_world(struct pt_regs *ctx, int dfd, const char __user * filename, struct open_how *how)
{
  struct data_t data = { };
 
  // 获取PID和时间
  data.pid = bpf_get_current_pid_tgid();
  data.ts = bpf_ktime_get_ns();
 
  // 获取进程名
  if (bpf_get_current_comm(&data.comm, sizeof(data.comm)) == 0)
  {
    bpf_probe_read(&data.fname, sizeof(data.fname), (void *)filename);
  }
 
  // 提交性能事件
  events.perf_submit(ctx, &data, sizeof(data));
  return 0;
}

借助bpf提供的工具函数，创建了期望的数据结构，然后每次程序执行都提交性能事件。

用户程序也需要修改一下，打开事件map，这里的事件就是ebpf程序中提交的事件，用户程序创建之后，后续启动的一个循环，不断读取这个事件提交的数据，打印出来

from bcc import BPF
 
# 1) load BPF program
b = BPF(src_file="trace-open.c")
b.attach_kprobe(event="do_sys_openat2", fn_name="hello_world")
 
# 2) print header
print("%-18s %-16s %-6s %-16s" % ("TIME(s)", "COMM", "PID", "FILE"))
 
# 3) define the callback for perf event
start = 0
def print_event(cpu, data, size):
    global start
    event = b["events"].event(data)
    if start == 0:
            start = event.ts
    time_s = (float(event.ts - start)) / 1000000000
    print("%-18.9f %-16s %-6d %-16s" % (time_s, event.comm, event.pid, event.fname))
 
# 4) loop with callback to print_event
b["events"].open_perf_buffer(print_event)
while 1:
    try:
        b.perf_buffer_poll()
    except KeyboardInterrupt:
        exit(

那么现在完成了一个ebpf程序的示例。并通过map来进行完成用户程序和内核ebpf的通信。

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