BPF CO-RE（一）——BPF可移植性问题
本文介绍BPF CO-RE应用背景中的BPF可移植性问题。裁剪翻译自https://nakryiko.com/posts/bpf-portability-and-co-re/#bpf-state-of-the-art的对应小节。个人翻译，水平有限，如有错漏或想要交流的问题，欢迎评论。
BPF可移植性（portability）：编写一个能够成功编译、经过内核验证并将在不同内核版本上运行而无须重新编译的能力。
一个BPF程序是一块用户提供的会直接插入内核的代码。一旦完成加载和验证，BPF程序将于内核上下文中运行。这些程序在内核内存空间操作，拥有对所有可用的内部内核状态的权限。
这使得BPF具备很强的能力，但也导致了可移植性问题：BPF技术不控制周围内核环境的内存布局，其需要与独立开发、编译并部署的内核一同工作。
此外，内核类型和数据结构随内核版本不断变化。
如今能够在如此多变的内核环境中使用BPF进行有用工作的原因部分在于并非所有BPF程序需要查看内部内核数据结构。内核内部的BPF机制提供了有限数量的能使BPF程序可以在不同内核版本间依赖的“稳定接口”，这些接口在用户程序侧抽象其内部结构和机制的改变，从而对用户表现为稳定的。
例如，对网络应用，通常查看有限数量的sk_buff属性就足以充分可用且通用。对此，BPF验证器提供一个稳定的__sk_buff“视角”，为BPF程序屏蔽了变化的struct sk_buff布局（layout）。所有__sk_buff字段方位被隐形重写为对真正的sk_buff的访问（有时相当复杂——需要进行一系列内部指针追踪，最终才能找到需要的字段）。
相似的机制可见于一系列不同的BPF程序类型。它们是作为BPF验证器理解的程序类型专有（type-specific）上下文完成的。
但是一旦需要查看任何原生（raw）内部内核数据（例如，非常常见的struct task_struct，其代表一个进程/线程，并包含进程信息），则无法缺乏上述接口。
在这种情况下，很可能读取到非预期数据。可能的情况有：
- 如果内核在预期字段前加入额外字段，导致实际字段偏移量与预期不一致；
- 一个字段被重命名（即
thread_struct的fs字段的情况，其在4.6和4.7内核被重命名为fsbase）； - 在内核的两个不同配置上运行BPF程序，一个关闭了一些专有特性并完全未编译（compile out）部分结构，常见的例子是审计字段（accounting field），其为可选，但如果存在会很有用。
以上均意味着不能使用设备服务器的内核头文件来本地编译BPF程序再将其以编译形式发布到其他系统，因为不同内核版本的内核头文件将会指定（specify）程序依赖的数据的不同内存布局。
目前为止，通常依赖BCC（BPF Compiler Conllection）来解决这个问题。借助BCC，可将BPF程序C源码作为纯字符串（plain string）嵌入用户空间程序（控制应用）。当控制程序被部署并运行在目标主机上时，BCC调用其内嵌的Clang/LLVM，放入本地内核包（需要确保从正确的kernel-devel包中安装到系统上），并进行实时编译。这能够确保BPF程序预期的内存布局时与目标主机的内核完全一致。如果要处理一些可选且可能在内核上compile-out的东西，仅需在源码中使用#ifdef/#else保护，从而处理重命名字段、变量的不同语义、或在当前配置中不可获取的可选的东西（optional stuff）。内嵌的Clang将会删除代码中的不相关的部分，并在具体内核中定制化BPF程序代码。
虽然此工作流程有效，但其有重大缺陷：
- Clang/LLVM组合是一个巨大的库，导致需要与应用一同发布的巨大二进制文件；
- Clang/LLVM组合会占据大量资源（resource-heavy），当编译BPF代码时，将占据大量资源，可能颠覆精心平衡的工作负载。反之，在一个繁忙的主机上，编译一个BPF程序可能需要数分钟；
- 需要目标系统存在内核头文件，少数情况下这构成问题，尤其对于内核开发者来说是个麻烦的要求，因为他们经常需要构建并部署一次性内核作为开发过程的一部分。而在没有定制化构建的内核头文件的情况下，没有基于BCC的应用能够在这种内核上运行，使得开发者少了一系列有用的可以调试和监视的工具；
- BPF程序测试和开发迭代十分痛苦，最轻微的编译错误也只能在运行时发现。
综上，虽然BCC是个很好的工具，尤其是针对快速原型设计、实验和小工具，但它在广泛用于BPF应用开发上具有很多缺陷。
而 BPF CO-RE 正在加强 BPF 可移植性，并且可以说是 BPF 程序开发的未来，特别是对于复杂的现实世界 BPF 应用程序。
原文地址：https://blog.csdn.net/m0_61797126/article/details/145223507
免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！