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如何开始学习和使用 BPF/eBP

现在让我们来谈谈如何开始学习和使用 BPF/eBPF。学习和使用 BPF 可以分为几个阶段,从基础概念到实际应用再到高级开发。


第一阶段:理解核心概念

在动手实践之前,先打好理论基础非常重要。

  1. 什么是 BPF/eBPF?
    • 历史: 了解 BPF 的起源(最初用于数据包过滤)和演进(扩展为 eBPF,用于通用内核编程)。
    • 核心思想: 理解它是一个安全的、在内核中运行的虚拟机。程序由用户态编写,加载到内核,经过验证后运行。
  2. 为什么使用 eBPF?
    • 性能: 程序在内核态运行,避免了用户态/内核态切换的开销。
    • 安全性: 内核验证器确保程序不会导致系统崩溃或死循环。
    • 动态性: 程序可以动态加载和卸载,无需修改或重启内核。
    • 可观测性: 强大的跟踪和监控能力。
  3. 基本组件:
    • BPF 程序: 用 C 编写,编译成 BPF 字节码,在内核中运行。
    • **BPF 映射 **(Maps) 用户态和内核态 BPF 程序之间,或多个 BPF 程序之间共享数据的高效键值存储。
    • **BPF 挂钩点 **(Hooks) BPF 程序可以附加到的内核事件点,如系统调用、网络包接收、函数进入/退出等。
    • **BPF 辅助函数 **(Helper Functions) BPF 程序可以调用的内核提供的安全函数,如打印日志、访问映射、获取当前时间等。
    • **BPF 验证器 **(Verifier) 内核中的一个关键组件,负责在程序加载时检查其安全性。
    • BPF JIT 编译器: 将 BPF 字节码编译成本机机器码,以获得最佳性能。

第二阶段:搭建学习环境

  1. Linux 内核: 你需要一个相对较新的 Linux 内核(建议 5.4 或更高版本)。大多数现代发行版(Ubuntu 20.04+, Debian 11+, Fedora 33+, CentOS/RHEL 8+)都满足要求。
  2. 权限:
    • 许多 BPF 操作需要 root 权限或特定的 Linux Capabilities(如 CAP_SYS_ADMIN, CAP_BPF, CAP_PERFMON)。
    • 在开发环境中,使用 sudo 运行程序通常是最简单的方法。
  3. 必要工具:
    • LLVM/Clang: 用于将 C 语言编写的 BPF 程序编译成 BPF 字节码。安装 clangllvm 包。
      # Ubuntu/Debian
      sudo apt install clang llvm
      # CentOS/RHEL/Fedora
      sudo dnf install clang llvm
      
    • libbpf: 现代 BPF 应用程序的标准 C 库。它封装了底层的 bpf 系统调用,简化了开发。
      # Ubuntu/Debian (可能需要 libbpf-dev 或 libbpf1)
      sudo apt install libbpf-dev
      # CentOS/RHEL/Fedora
      sudo dnf install libbpf-devel
      
    • bpftool: 一个强大的命令行工具,用于检查、调试和操作 BPF 程序和映射。强烈推荐安装。
      # Ubuntu/Debian
      sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic # 可能包含 bpftool
      # 或者从源码编译最新版
      # CentOS/RHEL/Fedora
      sudo dnf install bpftool
      
    • 文本编辑器/IDE: 你喜欢的任何编辑器。VS Code 配合 C/C++ 和 BPF 插件很好用。
    • 调试工具: gdb, perf (用于性能分析)。

第三阶段:动手实践入门

从最简单的例子开始,逐步增加复杂度。

1. 学习使用 bpftool

bpftool 是最好的起点之一,它能让你直观地看到系统中正在运行的 BPF 程序和映射。

# 列出所有 BPF 程序
sudo bpftool prog list# 列出所有 BPF 映射
sudo bpftool map list# 查看特定程序的详细信息
sudo bpftool prog show 
http://www.dtcms.com/a/299567.html

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