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原創

bpf系統調用分析

2025-06-12 08:59:45
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用戶空間所有的BPF相關函數(如libbpf庫提供的接口)最終都會通過bpf()系統調用與內核交互

 

下面是一個簡單的例子,展示如何直接使用bpf()系統調用加ZAI一個BPF程序,以及如何用libbpf封裝后的函數實現相同功能:

1. ??直接使用 bpf() 系統調用的例子??

 

#include <linux/bpf.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

// 封裝bpf系統調用(實際使用時建議用libbpf)
int bpf_syscall(enum bpf_cmd cmd, union bpf_attr *attr) {
    return syscall(__NR_bpf, cmd, attr, sizeof(*attr));
}

int main() {
    union bpf_attr attr = {};
    
    // 示例:通過BPF_PROG_LOAD命令加ZAI一個空程序(實際需填充字節碼)
    attr.prog_type = BPF_PROG_TYPE_KPROBE;  // 程序類型
    attr.insns = (__u64)NULL;               // 指令數組(實際需填充有效指令)
    attr.insn_cnt = 0;                      // 指令數量(實際需>0)
    attr.license = (__u64)"GPL";            // 許可證
    
    int fd = bpf_syscall(BPF_PROG_LOAD, &attr);
    if (fd < 0) {
        perror("BPF_PROG_LOAD failed");
        return 1;
    }
    printf("BPF程序加ZAI成功,fd=%d\n", fd);
    return 0;
}

 

bpf()系統調用通過union bpf_attr傳遞參數,根據不同的cmd(如BPF_PROG_LOAD)解釋該結構體的字段。
實際使用時需要填充有效的BPF指令(如從.o文件讀取),這里簡化了流程。

 

??使用 libbpf 封裝的等價例子??

#include <bpf/bpf.h>
#include <bpf/libbpf.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct bpf_object *obj;
    struct bpf_program *prog;
    
    // 1. 打開BPF對象文件(libbpf會解析并調用bpf()系統調用)
    obj = bpf_object__open_file("example.o", NULL);
    if (!obj) {
        fprintf(stderr, "無法打開BPF對象文件\n");
        return 1;
    }
    
    // 2. 加ZAI BPF程序到內核(內部調用BPF_PROG_LOAD)
    if (bpf_object__load(obj)) {
        fprintf(stderr, "加ZAI BPF程序失敗\n");
        return 1;
    }
    
    // 3. 獲取程序fd(libbpf已通過bpf()獲取)
    prog = bpf_object__find_program_by_name(obj, "my_prog");
    int fd = bpf_program__fd(prog);
    printf("BPF程序加ZAI成功,fd=%d\n", fd);
    
    bpf_object__close(obj);
    return 0;
}

 

libbpf封裝了bpf()系統調用的細節:
1. bpf_object__open_file解析ELF文件,提取BPF程序和映射。
2. bpf_object__load內部調用bpf(BPF_PROG_LOAD)加ZAI程序。
3.  bpf_program__fd返回程序的文件描述符(由內核通過bpf()分配)。

關鍵對比

操作 直接調用bpf() 使用libbpf
加ZAI BPF程序 手動填充union bpf_attr,調用BPF_PROG_LOAD bpf_object__load()自動處理
指令傳遞 需手動構造指令數組 .o文件自動解析
映射創建 調用BPF_MAP_CREATE bpf_map__fd()封裝
錯誤處理 需手動檢查errno 提供更友好的錯誤信息


總結


??底層??:所有BPF操作最終通過bpf()系統調用完成。
??上層??:libbpf等庫封裝了復雜性(如ELF解析、指令修正、映射管理),推薦優先使用。直接調用bpf()通常僅用于特殊場景或學習目的。

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用戶空間所有的BPF相關函數(如libbpf庫提供的接口)最終都會通過bpf()系統調用與內核交互

 

下面是一個簡單的例子,展示如何直接使用bpf()系統調用加ZAI一個BPF程序,以及如何用libbpf封裝后的函數實現相同功能:

1. ??直接使用 bpf() 系統調用的例子??

 

#include <linux/bpf.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

// 封裝bpf系統調用(實際使用時建議用libbpf)
int bpf_syscall(enum bpf_cmd cmd, union bpf_attr *attr) {
    return syscall(__NR_bpf, cmd, attr, sizeof(*attr));
}

int main() {
    union bpf_attr attr = {};
    
    // 示例:通過BPF_PROG_LOAD命令加ZAI一個空程序(實際需填充字節碼)
    attr.prog_type = BPF_PROG_TYPE_KPROBE;  // 程序類型
    attr.insns = (__u64)NULL;               // 指令數組(實際需填充有效指令)
    attr.insn_cnt = 0;                      // 指令數量(實際需>0)
    attr.license = (__u64)"GPL";            // 許可證
    
    int fd = bpf_syscall(BPF_PROG_LOAD, &attr);
    if (fd < 0) {
        perror("BPF_PROG_LOAD failed");
        return 1;
    }
    printf("BPF程序加ZAI成功,fd=%d\n", fd);
    return 0;
}

 

bpf()系統調用通過union bpf_attr傳遞參數,根據不同的cmd(如BPF_PROG_LOAD)解釋該結構體的字段。
實際使用時需要填充有效的BPF指令(如從.o文件讀取),這里簡化了流程。

 

??使用 libbpf 封裝的等價例子??

#include <bpf/bpf.h>
#include <bpf/libbpf.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct bpf_object *obj;
    struct bpf_program *prog;
    
    // 1. 打開BPF對象文件(libbpf會解析并調用bpf()系統調用)
    obj = bpf_object__open_file("example.o", NULL);
    if (!obj) {
        fprintf(stderr, "無法打開BPF對象文件\n");
        return 1;
    }
    
    // 2. 加ZAI BPF程序到內核(內部調用BPF_PROG_LOAD)
    if (bpf_object__load(obj)) {
        fprintf(stderr, "加ZAI BPF程序失敗\n");
        return 1;
    }
    
    // 3. 獲取程序fd(libbpf已通過bpf()獲取)
    prog = bpf_object__find_program_by_name(obj, "my_prog");
    int fd = bpf_program__fd(prog);
    printf("BPF程序加ZAI成功,fd=%d\n", fd);
    
    bpf_object__close(obj);
    return 0;
}

 

libbpf封裝了bpf()系統調用的細節:
1. bpf_object__open_file解析ELF文件,提取BPF程序和映射。
2. bpf_object__load內部調用bpf(BPF_PROG_LOAD)加ZAI程序。
3.  bpf_program__fd返回程序的文件描述符(由內核通過bpf()分配)。

關鍵對比

操作 直接調用bpf() 使用libbpf
加ZAI BPF程序 手動填充union bpf_attr,調用BPF_PROG_LOAD bpf_object__load()自動處理
指令傳遞 需手動構造指令數組 .o文件自動解析
映射創建 調用BPF_MAP_CREATE bpf_map__fd()封裝
錯誤處理 需手動檢查errno 提供更友好的錯誤信息


總結


??底層??:所有BPF操作最終通過bpf()系統調用完成。
??上層??:libbpf等庫封裝了復雜性(如ELF解析、指令修正、映射管理),推薦優先使用。直接調用bpf()通常僅用于特殊場景或學習目的。

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