Cilium + ebpf 系列文章-什么是ebpf?（一）

        前言：

        这篇非常非常干，很有可能读不懂。

        这里非常非常推荐，建议使用Cilium官网的lab来辅助学习！！！
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一、为什么需要新的ebpf技术？        

在对吞吐量、延迟敏感的业务生产场景中，容器网络的类型选择显的格外重要：

Docker Networking Tutorial（Mac-vlan vs Bridge vs overlay）-CSDN博客文章浏览阅读147次。一、We Create a container be a Server.二、We Create a container be a Client.三、Them link at a Bridge.四、 Do test.一、Test-tools。二、Test-step。https://blog.csdn.net/weixin_46510209/article/details/142424382?spm=1001.2014.3001.5501 上面为我编写的博客，来对比不同类型网络速率对比。

直接说结论：

        Mac_vlan > Bridge > overlay 

Mac_vlan 性能为Bridge的3倍、8倍于overlay网络。

约接近物理网络越快，只要过了任何虚拟NIC或者隧道，性能都会大大折扣。

但越接近物理网络则会凸显物理网络的弊端，10多年没有更新的网络协议栈，很多业务场景大大受限制。

那么有没有一种技术，即可以实现高性能、又可以封装隧道、又可以监控系统调用，并且支持k8s.

ebpf!

二、什么是ebpf?

ebpf（扩展的伯克利数据包过滤器）

        这是在运行Linux 5.x+内核的顶级子程序。

        他运行用户在 Linux用户空间对在运行在内核空间对ebpf程序进行编程.

        实现网络数据包处理、性能监控、故障排除和安全策略等多种任务。

        ebpf之所以可以实现上述的能力，是因为ebpf支持多种类型挂载点（即将你编写的ebpf程序挂载到相应类型的能力的挂载点上）。

比如网络（XDP）,系统调用（内核函数）（Kprobe 和 Kretprobe），系统调用（用户空间程序）Uprobe 和 Uretprobe等等。

三、ebpf的工作原理

      编写 eBPF 程序 编译 eBPF 程序 加载 eBPF 程序 运行eBPF 程序 收集和分析eBPF 程序

别慌，完事都可以用Python.
BCC库，提供了一个Python接口。意思就是虽然ebpf是C语言写的，但是你可以用Python的代码机构来实现。

接下来是代码了：

这里为了方便你能继续读懂，必须要补充和复习一下系统调用的碎片知识。

1、用户空间是无能直接操作、编程内核函数的！

2、用户空间的所有操作都是由很多很多系统调用来具体实现的。比如：你cat 、ls 一个文件，那么背后就是open,write,read,close 等系统调用来实现！

简单的说系统调用是用户空间于内核空间访问的通道，他是一个标准的接口，一个抽象层。

3、当你执行l s操作时，会调用open的系统调用，然后open的系统调用具体是使用do_sys_open这个内核函数来具体执行！

4、接下来代码中你看不到系统调用open,但你能看到do_sys_open这个内核函数.因为ebpf是运行在内核层！

下面为例子,来方便理解：

这个 Python 脚本使用 BCC (BPF Compiler Collection) 来编写和加载一个简单的 eBPF 程序，该程序在来追踪每次文件打开操作，并记录文件名。

open 系统调用用于打开文件。

Linux命令： ls cat touch vim 都会调用open系统调用。

do_sys_open：这个内核函数对应系统调用的open

#!/usr/bin/python3
from bcc import BPFprogram = r"""
#include <uapi/linux/ptrace.h>
#include <linux/fs.h>BPF_HASH(counter, u64);int trace_open(struct pt_regs *ctx, const char __user *filename, int flags) {u64 uid = bpf_get_current_uid_gid() & 0xFFFFFFFF;u64 *count = counter.lookup(&uid);u64 zero = 0;if (count) {(*count)++;} else {counter.update(&uid, &zero);}bpf_trace_printk("File opened: %s\\n", filename);return 0;
}
"""b = BPF(text=program)
b.attach_kprobe(event="do_sys_open", fn_name="trace_open")print("Tracing file open... Ctrl-C to end.")
b.trace_print()

**上面的代码的简单解释：

##编写ebpf程序：这一块语言是C语言，但是不用你自己写，你可以用ai帮助你完成，你只需要告诉他你想做什么。

BPF_HASH(counter, u64);int trace_open(struct pt_regs *ctx, const char __user *filename, int flags) {u64 uid = bpf_get_current_uid_gid() & 0xFFFFFFFF;u64 *count = counter.lookup(&uid);u64 zero = 0;if (count) {(*count)++;} else {counter.update(&uid, &zero);}bpf_trace_printk("File opened: %s\\n", filename);return 0;
}
"""

##加载 eBPF 程序并附加到 open 系统调用：这一段代码是Python。

b = BPF(text=program)
b.attach_kprobe(event="do_sys_open", fn_name="trace_open")

        将上面的代码放置在一个脚hello.py的文件中，执行 eBPF 程序(请提前安装BCC工具集)

./hello.py

        收集和分析数据

在另一个终端中执行一些命令（如 ls touch vim等等都可以），触发 open系统调用.

下面为演示效果：

验证成功加载：

bpftool prog show

 

 

##上面的实验是为了证明你在用户空间编写的ebpf程序可以在内核中运行，并且监控系统调用和内核函数。