XDP 教程

外观

教程：Basic02 - 按名称加载程序 ​

在本课中，你将看到由 LLVM 生成的 BPF ELF 文件可以包含多个 XDP 程序， 以及如何使用 libxdp API 选择要加载的程序。完成下面的每个作业以完成本课。

使用 libxdp 和 libbpf ​

libbpf API 不仅提供基本的系统调用包装器（定义在 libbpf 的 bpf/bpf.h 中）。该 API 还提供"对象"以及处理它们的函数 （定义在 bpf/libbpf.h 中）。

与 libbpf 对象对应的 C 结构体是：

  • struct bpf_object
  • struct bpf_program
  • struct bpf_map

这些结构体供 libbpf 内部使用，你必须使用 API 函数来与这些不透明对象交互。 处理对象的函数以结构体名称命名，后跟双下划线和描述性名称。

libxdp API 提供了用于处理 XDP 程序的对象和函数，以及用于处理 AF_XDP 套接字的对象和函数，定义在 xdp/libxdp.h 中。

与 libxdp 对象对应的 C 结构体是：

  • struct xdp_program
  • struct xdp_multiprog
  • struct xsk_umem
  • struct xsk_socket

让我们看看 libxdp 和 libbpf 的实际用法。

创建 XDP 程序 ​

在 xdp_loader.c 中，函数 xdp_program__create() 用于创建 xdp_program 对象，在本例中是通过从 ELF 文件加载程序。结构体 xdp_program 表示可以配置并附加到 XDP 钩子的单个 XDP 程序。

我们使用 filename 和 progname 来识别要从 ELF 文件创建的 XDP 程序， 通过使用结构体 xdp_program_opts：

C
DECLARE_LIBBPF_OPTS(bpf_object_open_opts, opts);
DECLARE_LIBXDP_OPTS(xdp_program_opts, xdp_opts,
        .open_filename = cfg->filename,
        .prog_name = cfg->progname,
        .opts = &opts);

当从 ELF 文件创建 xdp_program 时，它会保留对底层 bpf_object 的引用， 可以用来访问 ELF 文件中的所有 BPF 程序和映射。我们可以使用函数 xdp_program__bpf_obj(prog) 从 xdp_program 获取 bpf_object。

硬件卸载 ​

XDP 也可以卸载到 NIC 硬件中运行（在一些支持卸载的 NIC 上）。

XDP 标志 XDP_FLAGS_HW_MODE 启用（请求）硬件卸载，通过长选项 --offload-mode 设置。[加载器代码](file:xdp_loader.c) 还需要使用更高级的 libbpf API 调用 bpf_prog_load_xattr()，它允许我们设置 ifindex，因为这在加载时需要以 启用硬件卸载。

关于如何在 Netronome 的 Agilio SmartNIC 上使硬件卸载工作的一些详细信息 在 xdp_offload_nfp 中；例如，固件需要更新以支持 eBPF。

作业 ​

作业 1：设置测试环境 ​

由于本课涉及加载和选择一个简单丢弃所有数据包的 XDP 程序（通过动作 XDP_DROP），你需要将其加载到真实接口上以观察发生的情况。为此，我们 建立一个测试实验室环境。在 [testenv/](file:../testenv/) 目录中，你会找到一个脚本 testenv.sh，它帮助你设置基于 veth 设备和网络命名空间的测试实验室。

例如，像这样运行脚本：

sh
$ sudo ../testenv/testenv.sh setup --name veth-basic02
Setting up new environment 'veth-basic02'
Setup environment 'veth-basic02' with peer ip fc00:dead:cafe:1::2.

这将创建一个名为 veth-basic02 的（外部）接口。你可以通过 ping 对等 IPv6 地址 fc00:dead:cafe:1::2（如脚本输出所示）来测试环境网络是否正常运行。

作业 是使用此目录中的 xdp_loader 程序手动加载 ELF OBJ 文件 xdp_prog_kern.o 中编译的 xdp 程序。通过 --help 观察可以给 xdp_loader 的可用选项。尝试通过 --progname 选择名为 xdp_drop_func 的程序， 并通过 ping 观察数据包被丢弃。

以下是一些示例命令：

sh
sudo ./xdp_loader --help
sudo ./xdp_loader --dev veth-basic02
sudo ./xdp_loader --dev veth-basic02 --unload-all
sudo ./xdp_loader --dev veth-basic02 --progname xdp_drop_func
sudo ./xdp_loader --dev veth-basic02 --progname xdp_pass_func

关于测试环境和 veth 数据包方向的说明 ​

当你在主机上可见的接口上加载 XDP 程序时，它将对到达该接口的所有数据包 进行操作。由于从 veth 对中的一个接口发送的数据包将到达另一端，你的 XDP 程序将看到的数据包是从网络命名空间（netns）内部 发送的。这意味着在 测试时，你应该从脚本创建的网络命名空间 内部 进行 ping。

你可以手动"进入"命名空间（通过 sudo ip netns exec veth-basic02 /bin/bash） 或通过脚本：

bash
$ sudo ../testenv/testenv.sh enter --name veth-basic02
# ping fc00:dead:cafe:1::1

为了使这个 ping 连通性测试更容易，脚本还有一个 ping 命令，从 netns 内部进行 ping：

bash
$ sudo ../testenv/testenv.sh ping --name veth-basic02

你应该注意到，使用 netns 作为测试实验室的 酷炫之处 在于，即使当 XDP 正在丢弃所有数据包时，我们仍然可以"进入" netns。

推荐：为 testenv.sh 创建别名 ​

为了更快地访问 testenv.sh 脚本，我们建议你创建一个 shell 别名（称为 t）。 testenv 脚本甚至有一个用于此目的的命令助手：

bash
$ ../testenv/testenv.sh alias
Eval this with `eval $(../testenv/testenv.sh alias)` to create shell alias
WARNING: Creating sudo alias; be careful, this script WILL execute arbitrary programs

alias t='sudo /home/fedora/git/xdp-tutorial/testenv/testenv.sh'

如指出的那样，运行：

bash
eval $(../testenv/testenv.sh alias)

你现在应该能够以 t <command> 运行 testenv 命令（例如，t ping）。 后续所有示例都将使用此语法。

便利：跳过环境名称 ​

testenv 脚本会保存上次使用的 testenv 名称，所以在大多数情况下，运行脚本 时可以跳过 --name 参数。如果你在运行 t setup 时不指定名称，将为你 生成一个随机名称。

你可以同时拥有多个活动的测试环境，并且可以始终使用 --name 参数选择 特定的一个。运行 t status 查看当前选定的环境（即，如果你不使用 --name 指定环境时将使用的环境），以及所有当前活动环境的列表。

作业 2：添加 xdp_abort 程序 ​

在 xdp_prog_kern.c 中添加一个新的程序节 "xdp_abort"，它使用（返回） XDP 动作 XDP_ABORTED（并通过 make 编译）。加载这个新程序，例如类似于上面：

sh
sudo ./xdp_loader --dev veth-basic02 --unload-all
sudo ./xdp_loader --dev veth-basic02 --progname xdp_abort_func

课程：XDP_ABORTED 与 XDP_DROP 不同，因为它会触发名为 xdp:xdp_exception 的跟踪点。

在从命名空间内部 ping 的同时，记录此跟踪点并观察这些记录。例如用 perf：

sh
sudo perf record -a -e xdp:xdp_exception sleep 4
sudo perf script