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eBPF介绍

 11 months ago
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BPF历史

BPF是Berkeley Packet Filter(伯克利数据包过滤)的缩写，诞生于1992年。当时设计的BPF具有以下两个特性：

  1. 内核态引入一个新的虚拟机，所有的指令都在内核虚拟机中运行；
  2. 用户态使用BPF字节码来定义过滤表达式，然后传递给内核，由内核虚拟机解释执行；
    BPF技术是的包过滤可以直接在内核中执行，避免向用户态复制每个数据，从而极大提升了包过滤性能。
    1997年之后，内核2.1.75引入了BPF技术。
    在Linux3.0中增加了BPF即使编译器，替换了原来性能较差的解释器，优化了BPF指令运行的效率。但当时，BPF的应用还是局限在网络包过滤这个领域。

eBPF历史

在2014年，Alexei将BPF扩展为一个通用的虚拟机，即eBPF。eBPF不仅扩展了寄存器的数量，引入了全新的BPF映射存储，同时还在4.x内核中将原本单一的数据包过滤事件扩展为内核态函数、用户态函数、跟踪点(tracepoint)、性能事件(perf_eevents)以及安全控制。
eBPF的诞生是BPF技术的一个转折点，使得BPF不在局限于网络栈，而是成为内核的一个顶级子系统，目前eBPF广泛用于网络、安全、可观测等领域。 由于eBPF无需修改内核源代码和无需编译内核就可以扩展内核的功能，Cilium、Katran、Falco等一系列基于eBPF优化网络和安全的开源项目也逐步诞生。
eBPF的整个发展流程如下：

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eBPF原理

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eBPF本质是针对特定的事件才会触发，诸如系统调用、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。
eBPF的运行机制是，利用LLVM将编写的eBPF程序转换为BPF字节码，然后通过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教案，只有校验通过才会提交到即时编译器执行。
虽然eBPF的功能很强大，但是为了保证内核安全，对eBPF的程序也有很多的限制。

  1. eBPF程序必须被验证器校验通过之后才能执行，且不能包含无法到达的指令；
  2. eBPF程序不能随意调用内核函数，只能调用在API中定义的辅助函数；
  3. eBPF程序栈空间最多只有512字节，可以通过映射保存；
  4. 在内核5.2之前，eBPF字节码最多只支持4096条指令，而5.2内核提升至100万条；
  5. 由于内核的快速变化，在不同版本内核中运行时，需要访问内核数据结构的eBPF程序就需要修改源代码重新编译；

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