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eBPF 是什么呢? 从它的全称“扩展的伯克利数据包过滤器 (Extended Berkeley Packet Filter)” 来看,它是一种数据包过滤技术,是从 BPF (Berkeley Packet Filter) 技术扩展而来的。顾名思义BPF来源于伯克利大学, 最早应用于网络数据包过滤器,它比当时最先进的抓包技术快20倍,其主要得利于它的两个设计:
BPF 提供了一种在内核事件和用户程序事件发生时安全注入代码的机制,这就让非内核开发人员也可以对内核进行控制。 eBPF 则是对对BPF的一些扩展,将原本单一的数据包过滤事件逐步扩展到了内核态函数、用户态函数、跟踪点、性能事件(perf_events)以及安全控制等。eBPF 不仅扩展了寄存器的数量,引入了全新的 BPF 映射存储。 eBPF 程序架构强调安全性和稳定性,看上去更像内核模块,但与内核模块不同,eBPF 程序不需要重新编译内核,并且可以确保 eBPF 程序运行完成,而不会造成系统的崩溃。 eBPF 程序并不像常规的线程那样,启动后就一直运行在那里,它需要事件触发后才会执行。这些事件包括系统调用、内核跟踪点、内核函数和用户态函数的调用退出、网络事件,等等。借助于强大的内核态插桩(kprobe)和用户态插桩(uprobe),eBPF 程序几乎可以在内核和应用的任意位置进行插桩。
eBPF 分为用户空间程序和内核程序两部分:
交互流程如下所示: 通常我们借助 LLVM 把编写的 eBPF 程序转换为 BPF 字节码,然后再通过 bpf 系统调用提交给内核执行。内核在接受 BPF 字节码之前,会首先通过验证器对字节码进行校验(不能包含无限循环、不能导致内核崩溃、必须在有限时间内完成),只有校验通过的 BPF 字节码才会提交到即时编译器执行。 BPF 程序可以利用 BPF 映射(map)进行存储,而用户程序通常也需要通过 BPF 映射同运行在内核中的 BPF 程序进行交互。如下图所示,在性能观测中,BPF 程序收集内核运行状态存储在映射中,用户程序再从映射中读出这些状态。
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