XDP 教程

外观

教程：Basic01 - 加载你的第一个 BPF 程序 ​

欢迎来到 XDP 教程的第一步。

XDP 的编程语言是 eBPF（Extended Berkeley Packet Filter），我们将简称为 BPF。因此，本教程也与学习如何编写其他 BPF 程序相关；但是，主要关注的是 可以在 XDP 钩子中使用的 BPF 程序。在本课和接下来的几课中，我们将专注于 BPF 的基础知识以使其运行起来；后续课程将在此基础上教你如何使用 XDP 进行 数据包处理。

由于这是第一课，我们将从简单开始，不包含任何作业。相反，只需阅读下面的 文字，确保你能加载程序并理解正在发生的事情。

第一步：安装依赖 ​

有许多依赖项需要安装，才能编译此 git 仓库中的源代码。如果你还没有完成， 请阅读并完成 ../setup_dependencies 指南。

然后返回这里，看看下一步是否能编译。

编译示例代码 ​

如果你完成了依赖安装指南，那么你应该能够在此目录中简单地运行 make 命令。 （[Makefile](file:Makefile) 和 [configure](file:../configure) 脚本会尝试友好地检测你是否没有完成安装步骤）。

简单的 XDP 代码 ​

此步骤中使用的非常简单的 XDP 代码位于 xdp_pass_kern.c，如下所示：

c
SEC("xdp")
int  xdp_prog_simple(struct xdp_md *ctx)
{
        return XDP_PASS;
}

编译过程 ​

LLVM+clang 编译器将这个受限的 C 代码转换为 BPF 字节码，并将其存储在 名为 xdp_pass_kern.o 的 ELF 对象文件中。

查看 BPF-ELF 对象 ​

你可以使用不同的工具如 readelf 或 llvm-objdump 来检查 xdp_pass_kern.o 文件的内容。由于 Makefile 启用了调试选项 -g（LLVM 版本 >= 4.0）， llvm-objdump 工具可以用原始 C 代码注释汇编输出：

运行：llvm-objdump -S xdp_pass_kern.o

asm
xdp_pass_kern.o:	file format ELF64-BPF

Disassembly of section xdp:
xdp_prog_simple:
; {
       0:	b7 00 00 00 02 00 00 00 	r0 = 2
; return XDP_PASS;
       1:	95 00 00 00 00 00 00 00 	exit

如果你不想看到原始 BPF 指令，可以添加：--no-show-raw-insn。 define/enum XDP_PASS 的值为 2，可以在转储中看到。节名称 "xdp" 是由 SEC("xdp") 定义的，xdp_prog_simple: 是我们的 C 函数名。

加载和 XDP 钩子 ​

正如你现在应该理解的，BPF 字节码存储在 ELF 文件中。要将其加载到内核中， 用户空间需要一个 ELF 加载器来读取文件并以正确的格式将其传递到内核中。

libbpf 库提供了 ELF 加载器和几个 BPF 辅助函数。它理解 BPF 类型格式（BTF） 并在 ELF 加载过程中实现 CO-RE 重定位，这就是我们需要 libelf-devel 依赖的原因。

libxdp 库提供了使用 XDP 多路分发协议加载和安装 XDP 程序的辅助函数， 以及使用 AF_XDP 套接字的辅助函数。libxdp 库使用 libbpf 并在其之上 添加额外功能。在本教程中，你将学习如何使用 libxdp 和 libbpf 库编写 C 代码。

xdp_pass_user.c 中的 C 代码（编译后的程序为 xdp_pass_user）展示了 如何专门为我们的 xdp_pass_kern.o ELF 文件编写 BPF 加载器。此加载器将 ELF 文件中的程序附加到网络设备上的 XDP 钩子。

编写一个 C 程序来简单地加载和附加特定的 BPF 程序似乎有些过度。但是， 我们仍然在教程中包含这部分，因为它将帮助你将 BPF 集成到其他开源项目中。

有一些替代方案可以避免编写新的加载器：

  • 标准 iproute2 工具
  • xdp-tools 的 xdp-loader

通过 iproute2 ip 加载 ​

Iproute2 提供基于 libbpf 的 BPF 加载能力，可以与标准 ip 工具一起使用； 所以在这种情况下，你实际上可以像这样加载我们的 ELF 文件 xdp_pass_kern.o （我们将 ELF 节命名为 "xdp"）：

sh
$ sudo ip link set dev lo xdpgeneric obj xdp_pass_kern.o sec xdp

通过 ip link show 列出设备也会显示 XDP 信息：

sh
$ sudo ip link show dev lo
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 xdpgeneric qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    prog/xdp id 408 name xdp_prog_simple tag 3b185187f1855c4c jited

如果不使用 sudo 运行，你将获得较少的信息：

sh
$ ip link show dev lo
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 xdpgeneric qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    prog/xdp id 408

从设备中移除 XDP 程序：

bash
$ sudo ip link set dev lo xdpgeneric off

需要注意的是，iproute2 的 ip 工具没有实现 XDP 多路分发协议。当我们使用 此工具时，我们的程序直接附加到 lo 接口。

使用 xdp-loader 加载 ​

xdp-tools 项目提供了 xdp-loader 工具，它有加载、卸载和显示已加载 XDP 程序状态的命令。

我们可以像这样使用 XDP 多路分发协议加载 xdp_pass_kern.o 程序并附加它：

sh
$ sudo xdp-loader load -m skb lo xdp_pass_kern.o

我们可以显示附加到设备的 XDP 程序的状态：

sh
$ sudo xdp-loader status lo
CURRENT XDP PROGRAM STATUS:

Interface        Prio  Program name      Mode     ID   Tag               Chain actions
--------------------------------------------------------------------------------------
lo                     xdp_dispatcher    skb      486  94d5f00c20184d17
 =>              50     xdp_prog_simple           493  3b185187f1855c4c  XDP_PASS

我们可以使用此命令卸载刚才添加的程序（上例中的 ID 493）：

sh
sudo xdp-loader unload -i 493 lo

或使用此命令卸载所有程序：

sh
sudo xdp-loader unload -a lo

使用 xdp_pass_user 加载 ​

要使用我们自己的加载器加载程序，请执行此命令：

sh
 $ sudo ./xdp_pass_user --dev lo
 Success: Loading XDP prog name:xdp_prog_simple(id:732) on device:lo(ifindex:1)

再次加载程序会向接口上的 XDP 分发器添加第二个程序实例。

sh
$ sudo ./xdp_pass_user -d lo
Success: Loading XDP prog name:xdp_prog_simple(id:745) on device:lo(ifindex:1)

$ sudo xdp-loader status lo
CURRENT XDP PROGRAM STATUS:

Interface        Prio  Program name      Mode     ID   Tag               Chain actions
--------------------------------------------------------------------------------------
lo                     xdp_dispatcher    skb      738  94d5f00c20184d17
 =>              50     xdp_prog_simple           732  3b185187f1855c4c  XDP_PASS
 =>              50     xdp_prog_simple           745  3b185187f1855c4c  XDP_PASS

你可以使用不同的命令列出设备上的 XDP 程序，并验证程序 ID 是否相同：

  • ip link list dev lo
  • bpftool net list dev lo
  • xdp-loader status lo

使用 xdp_pass_user 卸载 ​

要使用我们自己的加载器卸载程序，使用此命令，带上要卸载程序的 id：

sh
$ sudo ./xdp_pass_user --dev lo -U 745
Detaching XDP program with ID 745 from lo
Success: Unloading XDP prog name: xdp_prog_simple

你也可以使用此命令从设备上的 XDP 钩子卸载所有程序：

sh
$ sudo ./xdp_pass_user --dev lo --unload-all